水热法制备NiMoO4及其在超级电容器方面的应用【毕业作品含外文】

BI YE SHE JI论文题目水热法制备NiMoO4及其在超级电容器方面的应用学生姓名学号所在院系材料科学与工程学院专业班级材料物理导师姓名职称完成日期任务书第1页第2页第3页水热法制备NiMoO4及其在超级电容器方面的应用摘要超级电容器是一种新型储能装置，它具有能量密度高、能反复使用、稳定好等优点。

目前研究的方向是怎样提高它的功率密度，主要有两个方面：一、改进它的制备工艺，开发出高比电容电极材料；二、最大限度提高材料的比电容。

本文以钼酸镍金属氧化物复合材料电容性能为研究对象，采用水热法制备样品，分别以泡沫镍以及在泡沫镍上沉积石墨烯为载体，研究其对赝电容性能的影响。

同时以泡沫镍为载体，研究添加氟化铵对赝电容性能的影响。

本文采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等方法测量其电化学性能，通过对比3个样品的电化学性能，发现直接在泡沫镍上生长的钼酸镍样品的比电容最大，在1 A/g时达到1390 F/g，当电流密度增加到10 A/g时，其比电容为732 F/g，拥有良好的倍率性能。

同时，该材料在5 A/g的电流下循环1000次后比电容的保留率为56 %，表现出较好的循环稳定性。

研究表明该类材料具有研究和使用价值。

关键词：超级电容器；金属氧化物；钼酸镍；电容性能；比电容Facile hydrothermal synthesis of NiMoO4 nanomaterials as electrodematerial for supercapacitorsAbstractSupercapacitor is a new energy storage device which has high energy density, long circle life and good stability. The current research of supercapacitors is focused on the following two aspects: one is broadening the research train of thought, and preparing high specific capacitance electrode materials; the other is the improvement of production process which makes higher specific capacitance under the same conditions. In the work, we are based on the nickel molybdate metal-oxide composite materials. These samples were prepared by hydrothermal method, which were respectively nickel foam and nickel foam deposited on graphene as the carrier, to study the influence of pseudocapacitive performance. At the same time, the pseudocapacitive performance of foam nickel as the carrier added ammonium fluoride was studied. Then electrochemical performance test exhibited that the nickel molybdate directly grown on nickel foam had the biggest specific capacitance reaching 1390 F/g at a scan rate of 1 A/g, and when the current density increased to 10 A/g, the specific capacitance became 732 F/g. So this material had a high rate performance. What‘s more, after 1000 times circle in the current of 5 A/g, the capacitance retention rate was 56%, showing a better cycle stability. So nickel molybdate material can become this kind of material which is a well valuable electrode materials of research and use.Key words：Supercapacitor; metal oxide; NiMoO4; capacitance performance; specific capacitance目录摘要 (I)Abstract...................................................................................................................................... I I 第1章绪论 .. (1)1.1引言 (1)1.2超级电容器概述 (1)1.2.1超级电容器的组成 (1)1.2.2超级电容器的分类 (2)1.2.3超级电容器的特点 (4)1.2.4超级电容器的应用 (5)1.2.5超级电容器的现状和发展前景 (6)1.3超级电容器电极材料的研究 (7)1.3.1导电聚合物电极材料的研究摘要 (7)1.3.2碳材料电极的研究摘要 (8)1.3.3金属氧化物电极材料的研究摘要 (10)1.4本论文的研究内容和意义 (10)1.4.1课题的提出 (10)1.4.2实验研究的内容 (10)第2章实验材料及方法 (11)2.1主要实验化学试剂及原材料 (11)2.2主要仪器设备 (11)2.3 NiMn2O4的合成方法 (11)2.4 样品的结构表征和电化学测试方法 (12)2.4.1 扫描电子显微技术(SEM) (12)2.4.2 X射线衍射技术(XRD) (12)2.5.1 循环伏安测试(CV) (12)2.5.2 交流阻抗测试(AC impedance) (13)2.5.3 恒流充放电测试 (13)2.5.4 循环性能测试 (13)第3章材料制备及电化学性能研究 (14)3.1引言 (14)3.2实验过程 (14)3.2.1 泡沫镍的清洗 (14)3.2.2 NiMoO4的制备 (14)3.2.3在泡沫镍上沉积氧化石墨烯 (14)3.2.4添加氟化铵 (14)3.2.5晶体结构表征 (14)3.3 样品的电化学性能测试分析 (15)3.4电化学性能分析 (15)结论 (20)参考文献 (21)致谢 (22)英文文献 (23)中文翻译 (29)第1章绪论1.1引言随着当今社会快速发展，对能源的需求与日俱增，但是目前主要使用的是化石燃料，使用这类燃料会产生大量的废气和有害气体，就会引发一系列的环境问题。

现如今，全球气候反常，伴随着能源危机和环境污染的问题日益严重。

在二十一世纪的今天，开发能源的方式越来越多，高效清洁的能源技术成为可持续发展的必然选择。

因此，需要大力发展一些二次能源。

实际上，这些新能源在地域和时间上的分布存在不均匀性，它们都需要一开始被转化成电能才能更好地被人们使用。

但是这些可再生新能源同样存在着自身的缺点，例如发电输出的不均匀性、发电时间段的不连续性以及发电强度的不可控等等。

多数新技术普遍存在使用时间短、造价比较高、系统更加复杂，使用环境比较苛刻等问题。

人们需要开发一种更加环保的技术，有人想到利用快速储能器件，将上面可再生清洁能源收集起来，通过这个储能器件实现稳定和连续的供能。

超级电容器就是上述快速储存能量的装置，它一般是由电池活性材料、集流体和电解质溶液以及隔膜组成，拥有法拉级的超大电容量，功率密度比一般储能设备高10~100倍。

超级电容器可以快速充放电，而且比普通电池使用时间长，还不用维护。

但是，超级电容器材料的导电性能差，能量的储存量相对较低，与电解质溶液接触面性能不稳定同样影响着它的基本性能。

因此人们致力于有效提高超级电容器的的能量密度，可以实现可再生清洁能源的快速存储和转换。

现在超级电容器已经在一定程度上实现了产业化和实际的运用，它们可以运用到很多电子设备中[1]。

除此之外，超级电容器可以应用在记忆性存储器、微型计算机等电源。

在21世纪，作为绿色储能装置的超级电容器必将会有更多重要的应用，每个国家都十分重视它的应用前景。

1.2超级电容器的概述它是通过极化电解质来储存能量的。

在存储能量过程中发生的是物理反应，它存储能量的过程是可逆的[2]。

德国物理学家Helmhotz发现了界面双电层原理，此后新型电容器进入了人们的视野。

1.2.1超级电容器的组成它由以下这些部分构成：电极活性材料、隔离膜、集电极、电解质溶液、引线等，在图1-1可以看到。

集电极是为了把电池两极的内阻变小，它需要和电极大量接触、和电阻的接触不能太多、不容易被腐蚀、在电解质溶液中相对来说比较稳定，而且不会随着电解质溶液发生氧化还原反应从而破坏集流体。

一般来说，根据电解质的种类选择与其相应的集电极材料。

在大多数情况下，碱性电解质使用镍材料，酸性电解质使用钛材料，有机电解质使用铝材料。

隔膜是用来阻止两个电极直接发生物理接触，同时允许电解液与反应离子通过。

一般使用具有纤维结构绝缘材料，比如聚丙烯膜，需要具有较高的离子电导、高孔隙率、超薄、高强度和低的电子电导。

图1-1超级电容器的基本结构1.2.2超级电容器的分类根据电容产生机理分类（1）双电层型超级电容器是1887年由德国物理学家Helmhotz等人提出第一个模型，后来经过后人的不断完善形成现在的双电层理论。

在溶液中，电池两极和溶液边界发生电子或者离子的定向排列，造成电荷的对峙。

对于该系统，电解质溶液边界因为离子导电和电极电子的迁移就出现了双电层（图1-2表示这个过程）[3] 。

图1-2双电层电容充放电示意图当我们在2个电极上施加电场，电解质溶液中的阴阳粒子分别向正负极迁移，在电极表面形成了上面所示的双电层；而当我们撤销外部电场以后，电解液中的的正负离子与电极上的正负电荷互相吸引，这样使得双电层稳定，在正负极极产生了电位差。