水热法制备氢氧化钴及其超电容性能的研究
《2024年微波水热法制备钴基纳米磁性合金》范文
《微波水热法制备钴基纳米磁性合金》篇一一、引言随着现代科技的不断发展,纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域中得到了广泛的应用。
其中,钴基纳米磁性合金因其高磁导率、低电阻率等特性在电子、通信、生物医学等领域具有重要应用价值。
近年来,微波水热法作为一种新兴的纳米材料制备技术,因其高效、环保、低能耗等优点受到了广泛关注。
本文将介绍一种微波水热法制备钴基纳米磁性合金的工艺流程和关键因素。
二、微波水热法概述微波水热法是一种利用微波辐射和高温高压水热环境下的化学反应来制备纳米材料的方法。
该方法具有反应速度快、产物纯度高、粒度可控等优点。
在钴基纳米磁性合金的制备过程中,微波水热法能够有效地控制合金的粒径、形貌和结构,从而获得具有优异性能的纳米材料。
三、制备工艺流程1. 原料准备:选用高纯度的钴盐、其他合金元素盐类以及适当的配体作为原料,将其溶解在去离子水中,形成均匀的溶液。
2. 微波水热反应:将上述溶液置于微波反应器中,通过微波辐射加热至预定温度,并保持一定时间。
在高温高压的水热环境下,钴盐和其他盐类发生化学反应,生成钴基纳米磁性合金。
3. 产物分离与纯化:反应结束后,通过离心、洗涤、干燥等步骤将产物从反应液中分离出来,并进行纯化处理。
4. 产物表征:利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等手段对产物进行表征,分析其晶体结构、形貌和粒径等性质。
四、关键因素分析1. 反应温度:反应温度是影响钴基纳米磁性合金制备的关键因素之一。
适当的温度可以促进反应的进行,获得粒度均匀、结晶度高的产物。
2. 反应时间:反应时间也是影响产物性能的重要因素。
过短的反应时间可能导致产物不完整,过长的反应时间则可能导致粒径过大,影响产物的性能。
3. 添加剂:在反应过程中添加适量的配体可以有效地控制产物的形貌和粒径,提高产物的性能。
4. 微波功率:微波功率的大小直接影响着反应的速度和产物的性质。
适当的微波功率可以获得粒度均匀、结晶度高的钴基纳米磁性合金。
NiCo-LDH材料的形貌分析与电化学性能研究
第53卷第1期 辽 宁 化 工 Vol.53,No. 1 2024年1月 Liaoning Chemical Industry January,2024基金项目: 大学生创新创业训练计划(项目编号:202210144010);沈阳市科技计划项目(项目编号:22-322-3-18)。
收稿日期: 2023-04-26NiCo -LDH 材料的形貌分析与电化学性能研究边建宇,杨洋,郑伊民,刘思彤,赵海涛*(沈阳理工大学, 辽宁 沈阳 110159)摘 要: 采用一步水热法在泡沫镍上合成镍钴层状双金属氢氧化物(NiCo -LDH)电极材料,用扫描电镜分析电极材料的微观形貌,X 射线衍射仪分析电极材料的物相,并在不同扫描速率以及不同电流密度下NiCo -LDH 纳米材料进行了电化学性能测试。
结果表明:随着尿素含量的增加,NiCo -LDH 的形貌由六角片状、草丛状,最后形成片层上带有针状形貌。
扫描速率为10 mV ·s -1时,在CV 曲线中可以清晰地看到氧化还原峰。
电极在0.30~0.35 V 之间的充放电曲线出现对称的充放电平台,说明其充放电容量和充放电时间均较优,该复合材料的电容性能良好。
关 键 词:层状双金属氢氧化物;NiCo -LDH:纳米材料中图分类号:TQ152 文献标识码: A 文章编号: 1004-0935(2024)01-0018-04如今,在整个能源体系里,新能源占据了越来越重要的比例,使得寻找一种高效、清洁、可持续发展能源以及能源储存与转换的新技术需求日益迫切[1]。
拥有耐用且功率密度高的超级电容器则成为一种可以减轻环境污染和资源紧缺时最有希望实现能源高效和转换的新型储能设备[2]。
因此急需兼具高能量密度、长循环稳定性和高功率密度的超级电容器。
电容器由三部分组成, 电极片[3]、电解液[4]和隔膜[5]。
而电极材料是决定器件性能的主要因素,但由于目前已开发的电极材料普遍存在成本高、电位窗口窄、比电容小等问题限制了超级电容器的发展[6]。
花瓣状镍钴层状双金属氢氧化物微球的制备及其超级电容性能
江 南 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) J o u r n a l o f J i a n g n a n U n i v e r s i t y ( Na t t i o n )
Do ubl e Hy dr o xi de s M i c r os phe r e s wi t h Fl o we r - Li ke Pat t e r ns
Y AN T a o , L I Z a i - j u n
( S c h o o l o f C h e m i c a l a n d Ma t e r i a l E n g i n e e r i n g , J i a n g n a n U n i v e r s i t y , Wu x i 2 1 4 1 2 2 , C h i n a)
mi c r o s c o p e( S E M) , t r a n s m i s s i o n e l e c t r o n mi c r o s c o p e( T E M)a n d e l e c t r o c h e m i c a l w o r k s t a t i o n w e r e e mp l o y e d f o r t h e
Ab s t r a c t : Us i n g S i O2 @ AI OOH a s h a r d t e mp l a t e a n d a d d i n g n i c k e l - c o b a l t p r e c u r s o r a n d a l k a l i s o u r c e i 。 n e t h a n o l a n d
氧化钴作为锂离子电池正极材料的研究进展
氧化钴作为锂离子电池正极材料的研究进展氧化钴作为锂离子电池正极材料的研究进展随着能源危机的日益加剧和环境污染问题的日益突出,新能源技术逐渐成为人们关注的焦点。
作为一种高能量密度和高稳定性的二次电池,锂离子电池因其具有较低的自放电率、长寿命、高电压稳定性等优势而受到广泛关注。
当前,氧化钴作为锂离子电池正极材料正在被广泛研究和应用。
本文就氧化钴作为锂离子电池正极材料的研究进展进行深入探讨。
一、氧化钴的物化性质氧化钴是一种黑色粉末,具有良好的电化学性能。
它的晶体结构为三方晶系,晶格参数为a=4.266Å,c=8.150Å,空间群为R-3m,氧化钴中的钴原子处于六配位状态,这种六配位离子晶体结构表现为金刚石结构或尖晶石结构,具有良好的结构稳定性。
氧化钴是一种良好的电极材料,它的理论容量为273mAh/g,常用的电池中采用的是LiCoO2,容量为140mAh/g,实际容量为100mAh/g左右。
二、氧化钴的合成方法氧化钴的合成方法主要有三种:硝酸法、水热法和溶胶凝胶法。
硝酸法:以硝酸钴、氢氧化钠为原料,在加热搅拌的过程中先质量不变,而后成糊状,淡蓝色,又称为钴酸铵,将其在空气中焙烧生成氧化钴。
水热法:在氢氧化钠溶液中加入硝酸钴溶液,通过控制温度、pH值、反应时间等条件来控制氧化钴的晶型和粒度。
利用水热法制备的氧化钴晶粒尺寸小、分散性好、表面平整,这有利于其在锂离子电池中进行循环充放电。
溶胶凝胶法:溶胶凝胶法是一种将氧化钴材料溶解在有机溶剂中,通过化学反应和溶胶凝胶法处理,形成黏稠的凝胶。
在若干个干燥和煅烧步骤后,凝胶转化为颗粒状氧化钴产品。
通过控制溶胶中的浓度和添加其他元素的方法可以改变氧化钴材料的性能。
三、氧化钴的电化学性质氧化钴具有很好的电化学性质,在锂离子电池中的充放电反应如下:充电反应:Li1-xCoO2+xLi+ + xe-=>LiCoO2放电反应:LiCoO2=>Li1-xCoO2+xLi+ + xe-(其中0<=x<=1)根据LiCoO2的化学反应式,可以计算出其理论容量为273mAh/g。
纳米尺度金属(氢)氧化物导电性能的改良及其在超级电容器中的应用
纳米尺度金属(氢)氧化物导电性能的改良及其在超级电容器中的应用随着人类对能源需求的迅猛增长及随之而来的环境问题日趋严峻,利用诸如太阳能、风能、潮汐能等清洁能源发电成为迫在眉睫的课题。
然而,这些可再生能源很大的共性就是并不持续存在,而是具有自身的周期规律性。
因此,收集这些能源的储能器件便成为了当下科学家们研究的重点。
超级电容器作为目前最为火热的储能器件之一,与锂离子电池一同填补了高功率密度的传统静电电容器与高能量密度的锂一次电池之间的鸿沟,同时拥有高功率密度与高能量密度。
而相比锂离子电池,其更高的功率密度,快速充放电,长循环寿命的特点使其在各种领域得到了广泛应用。
纳米材料由于其独特的结构与理化性质,在近几十年一直是材料科学的研究重点。
在超级电容器研究中,纳米材料的高比表面积,以及能够提供离子与电子的短传输/扩散距离的能力,都能有助于实现更快速的反应速度与高充放电容量。
同时,纳米材料能够更好地耐受由于离子嵌入/脱出所造成的形变与应力从而有效提升材料的循环寿命,已经被证明能够作为优秀超级电容器的有效电极材料。
而且,近年来在纳米材料,尤其是无机纳米材料可控尺寸,形貌与组分的合成方向上的进展都让调控电极材料优化超级电容器效能成为可能。
金属氧化物与氢氧化物是超级电容器电极材料中非常重要的一类:由于金属多样的化学价,它们往往具有发生可逆氧化还原反应并产生赝电容的能力,而赝电容的理论比电容较双电层电容有相当大的优势,因此它们成为了目前超级电容器领域中的研究热点。
但尽管金属氧化物与氢氧化物的理论比电容很高,在实际研究中往往很难接近其理论比电容,最普遍的一个原因便是它们的导电性较差,而在实际电极制备中,单位电极面积负载量需要达到一定水平,这导致这些金属氧化物与氢氧化物必须堆积在一起,让自身的内阻大大降低了最终获得的比电容。
因此,为了提升金属氧化物与氢氧化物的比电容,一条行之有效的路径便是改良其导电性。
本论文在第一章中简单介绍了超级电容器的分类,原理,评价方式等背景知识,而在此后的三章中,针对纳米尺度金属(氢)氧化物导电性能的改良,这一问题,提出了三个全然不同的解决方案:在本论文第二章中,针对金属氧化物纳米颗粒,我们引入金属Au,合成出哑铃状的金属-金属氧化物纳米颗粒,改变了传统金属/金属氧化物或金属氧化物/金属的核壳结构中,电解液无法充分接触两组分的缺点,把金属纳米颗粒与金属氧化物纳米颗粒同时暴露在电解液中,成功提高复合纳米颗粒的整体电容性能。
新型甲酸产氢催化剂和超级电容器电极材料的研究
摘 要化石燃料等不可再生能源的过度消耗促使人们不断地寻求和开发新型的可再生能源和可持续的绿色储能装置。
氢气作为一种清洁的可再生能源引起了人们的广泛关注。
另一方面为了可以广泛地利用太阳能和风能等不稳定的可持续能源,我们需要开发可持续的绿色储能装置对其进行储存和转换,因此,寻求和开发新型的储氢材料和储能装置对解决目前环境危机和能源危机具有重要的意义。
本文的研究目的主要是制备高效稳定的催化甲酸产氢的非均相催化剂以及具有良好电化学性能的超级电容电极材料,主要研究内容包括以下几方面:1、以生物质为原料制备了碳纳米微球,以其为载体负载双金属AgPd和MnO x 纳米粒子制备了非均相催化剂,用于催化甲酸-甲酸钾体系分解产氢。
在该催化体系中,MnO x纳米粒子起到了吸附CO的作用,可以有效的防止催化剂CO中毒,同时,提高了AgPd纳米粒子的催化活性。
实验表明制备的催化剂具有100%的H2选择性和良好的催化活性,50o C条件下,TOF值为3558 h-1。
此外,该催化体系具有很高的稳定性,重复使用五次后,活性没有明显的降低。
2、通过自牺牲模板的方法,制备了氮掺杂多孔碳(NPC)纳米片。
通过一种简单的液相浸渍方法,成功地将高分散的AgPd纳米颗粒负载在NPC上制备了非均相催化剂催化用于甲酸-甲酸钠体系分解产氢。
经优化的催化剂Ag1Pd9@NPC对甲酸脱氢反应具有较高的催化活性(总TOF可达3000 h-1)和100%的氢气选择性。
研究表明,掺氮碳纳米片载体与AgPd纳米粒子之间的协同作用对甲酸的高效催化脱氢起着关键作用。
3、通过热解活化法制备了一种新型的氮磷双掺杂多孔碳(NP-HPC)并将其作为电极材料测试其电化学性能。
以壳聚糖和多聚磷酸为前驱体制备的NP-HPC具有层状多孔结构、高比表面积(2933 m2·g-1)和双杂原子掺杂等特点。
由于其独特的性质,NP-HPC-800在6 mol·L-1的KOH溶液中具有较高的比电容(0.5 A·g-1时289 F·g-1)、极好的倍率性(10 A·g-1时238 F·g-1)和良好的循环稳定性(5000次循环后96%的稳定性)。
氧化钴多孔薄膜的电化学制备及其超电容性能
关 键词 : 化钴 ; 氧 电沉积 ; 多孔 ; 电容 超
中图分 类号 : M 3 T 5
文献标 识 码 : A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
S u yo rp rt na dC p c ieP o et so o H2 td nP e aai n a ai v rp ri f O . o t e C O
t a ctv o r is o h O ・ he c pa iie pr pe te ft e Co yH2 p r us fl gr p t lc r de we e i v tg t d i O o o im/ a hie e e to r n e i a e n 2 M KOH s by
c ci o t mm er n av n sa i h r e d s h r e me h d yl v l c a t y a d g l a o t t c a g - ic a g t o .Th O yH2 p r u i g a h t l c r d c eC o O o o sf m/ r p i ee to e l e
e hi t d a h g lc r c mia e e sbi t x bie i h e e t o he c lr v r i l y,hi o r c r c e itc nd e elntc r e d s ha g o e — i gh p we ha a t rsis a xc le ha g — ic r e pr p r t y.A p cfc c p c t n e o 4. g一 wa b an d a ha g — s h r u r n n iy o 2 mA ‘ m ~ . s e ii a a ia c f6 8 F・ so t ie t a c r e dic a ge c r e tde st f0. c On y 9. l 1% l s ft p c fc c p ct n e wa o d a t r 1 40 ha g — ic a g y l ,whih d mo ta e o o he s e ii a a ia c sf un fe 0 c r e ds h r e c ce s c e nsr ts
水热法纯钴的制备原理
水热法纯钴的制备原理
水热法纯钴的制备原理如下:
1. 首先准备钴盐溶液,通常使用钴(Ⅱ)盐,如氯化钴(Ⅱ)或硝酸钴(Ⅱ)。
2. 在一定的温度下,将钴盐溶液与一定量的水混合,并加入适量的稳定剂,如氧化亚氮或氢氧化钠等。
稳定剂的作用是控制反应过程中的酸碱度,调节反应速度。
3. 在密闭容器中,将混合液加热到一定的温度,通常在100以上。
在高温高压的条件下,钴盐溶液中的钴原子会与水分子发生反应,生成纯钴的化合物或氢氧化钴。
4. 经过一定时间的反应,让反应体系冷却至室温。
这样就可以得到纯钴的晶体或粉末。
需要注意的是,水热法制备纯钴需要控制好反应条件和浓度。
合适的温度、压力和稳定剂的加入量会影响反应的速度和产物的纯度。
此外,合适的晶种或模板也对纯钴的制备有一定的影响。
锂电池正极材料氢氧化钴的制备方法
锂电池正极材料氢氧化钴的制备方法氢氧化钴(Co(OH)2)是一种重要的锂电池正极材料,其具有高比容量、高比能量和长循环寿命等优点,因此受到了广泛的关注和研究。
下面将介绍一种常用的制备氢氧化钴的方法。
一种常用的制备氢氧化钴的方法是化学共沉淀法。
该方法的主要步骤包括:反应体系的制备、沉淀反应、洗涤和干燥。
首先,反应体系的制备。
通常采用的反应体系是由钴盐和碱溶液组成,其中钴盐可以是氯化钴、硝酸钴或硫酸钴等。
碱溶液可以是氢氧化钠或氢氧化钾等。
反应体系的pH值对于沉淀的形貌和性质起着重要作用,需要通过试验确定最适宜的pH值。
一般来说,pH值在9-10之间较为适宜。
其次,沉淀反应。
将钴盐溶液缓慢加入碱溶液中,并不断搅拌反应体系,在反应过程中要保持适宜的温度和pH值。
搅拌的目的是均匀混合反应物,有利于沉淀的形成。
温度的控制可以通过加热或冷却的方式实现。
沉淀反应一般较缓慢,需要持续搅拌反应2-3小时左右。
然后,洗涤。
将反应体系中的沉淀与溶液进行分离,可采用离心、过滤、沉淀分散等方法。
分离后的沉淀需要进行反复洗涤,去除溶液中的杂质和反应剩余物。
洗涤的溶液可以是蒸馏水或其他合适的溶液,需要反复搅拌和离心,直到洗涤液的pH值接近中性。
洗涤的次数根据实际情况而定,一般进行3-5次。
最后,干燥。
洗涤后的沉淀需要去除水分,可以通过自然晾干或加热干燥的方式。
如果选择加热干燥,需要控制干燥温度和时间,避免过高的温度导致沉淀烧结或分解。
干燥后的产物可用于进一步的处理或直接用于锂电池正极材料。
需要注意的是,锂电池正极材料氢氧化钴的制备过程中,除了上述的制备方法外,还可以采用其他方法,如水热法、溶胶-凝胶法、沉积-沉淀法等。
这些方法在实际应用中各有优缺点,需要根据具体情况选择合适的方法。
综上所述,化学共沉淀法是一种常用的制备氢氧化钴的方法,具体步骤包括反应体系的制备、沉淀反应、洗涤和干燥。
制备过程中需要控制温度、pH值和洗涤次数等参数,以获得高纯度、良好形貌和性能的氢氧化钴。
(氢)氧化镍碳纳米复合材料及其超级电容性能研究的开题报告
(氢)氧化镍碳纳米复合材料及其超级电容性能研究的开题报告题目:(氢)氧化镍碳纳米复合材料及其超级电容性能研究一、研究背景电化学超级电容器是一种高性能电化学储能装置,其具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命等优点,因此被广泛应用于储能和能量转换领域。
目前,研究和制备新型高性能超级电容器电极材料已成为超级电容技术研究的重点。
氢氧化镍是一种具有高比表面积、优异的电化学活性以及良好的化学稳定性的材料,被广泛应用于电化学能量存储器件。
然而,氢氧化镍单独作为电极材料,其比电容会受到质子离子传输缓慢和缺乏导电性能的影响,从而限制了储能效率和稳定性。
而碳材料作为一种优异的电导体,在超级电容器中广泛应用。
因此,将氢氧化镍和碳材料进行复合以达到超级电容器电性能的提高是目前研究的热点之一。
二、研究内容本研究将以氢氧化镍为主体材料,通过将氢氧化镍与碳纳米材料进行复合,制备新型氢氧化镍碳纳米复合材料,并对其结构和电化学性能进行分析和研究。
通过扫描电镜、X射线衍射、能量色散X射线光谱、BET等分析技术,探究复合材料的结构形貌和物理化学特性。
同时,采用循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)、电化学阻抗谱(EIS)等技术,对复合材料的电化学性能进行评价和分析,包括比电容、循环稳定性、电阻等。
三、研究意义本研究旨在探究氢氧化镍碳纳米复合材料的制备及其超级电容性能分析。
通过制备出具有优异电化学性能的复合材料,可以为超级电容器的研究和发展提供新思路和理论基础,实现能量转换和储存的高效利用。
同时,将为推广超级电容器在能源领域的应用提供实验性依据和技术支持,促进相关技术的发展和应用。
熔盐法与水热法制备锰氧化物及超级电容性能研究
14.屠振密,胡会利,于元春,高鹏电沉积纳米晶材料制备方法及机理[期刊论文]-电镀与环保 2006(04)
15.黄庆华,王先友,汪形艳,李俊,黄伟国超级电容器电极材料--MnO2的电化学制备及其性能[期刊论文]-电源技术2005(07)
技术指标:
1、道路性质:城市主干道(2级)
2、设计行车速度:40km/h
3、使用年限:15年
4、车行道、人行道设计坡度:2%
主要设计依据:
1、咸阳市住房和城乡建设局:“刘家湾北段市政工程”设计委托书。
2、咸阳市城乡规划建筑设计院:“咸阳市彬县泾河区建设规划图”。
3、《城乡道路设计规范》(CJJ37-90)
6l
图4.49NHrH20碱液不同阴离子样品的X射线衍射谱图
图4.50NHrH20碱液不同阴离子样品的SEM照片
(a)S042一(b)CI一。(c)CH3COO-,(d)C03扣
4.4.
5.2循环伏安测试
图4.51是固液比为1:9,NH3"H20浓度为10%,反应时间为5h,反应
1.2 工程项目管理的主要目标
质量目标:合格
工期目标:我公司投标自报工期为180日历天,满足建设单位的要求。在满足合同工期和工程质量的前提下,尽量加快施工进度,使工,在“人、机、料、法、环”五个影响工程造价的因素方面加强管理和监控,杜绝返工等质量事故,提高工程一次验收合格率,从而降低工程的成本。
30.冯杨柳,张密林,陈野,景晓燕,韩莹掺Cr改性MnO2的制备及其电化学性能[期刊论文]-中国有色金属学报 2005(02)
31.杨邦朝,张治安,邓梅根,胡永达,汪斌华纳米氧化锰电极在中性水系电解液中的电容特性[期刊论文]-电子元件与材料 2005(06)
钴基电催化析氢催化剂的研究进展
钴基电催化析氢催化剂的研究进展摘要:近年来,能源危机日益加重,化石燃料逐渐枯竭,因此寻找可持续且对环境无污染的化石能源替代品势在必行。
氢能也因此走向人们的视线。
它的制作原料只有水,而水不仅价格低廉而且水资源在地球十分丰富,且电解水制氢的产物是氢气和氧气,氧气对人类没有危害反而是人们生存不可或缺的,而且氢能不会像太阳能、风能、潮汐能一样受自然情况的影响,可以随时制备,因此可以说是化石燃料较为完美的替代品。
而制氢的方法我们通常采用电解水制氢。
而这种制氢方法需要添加一定的催化剂才能达到更好的效果,才能使原料水得到更充分的利用。
催化剂有很多种,但理想的催化剂应该有以下优点,(1)催化活性高(2)成本低廉(3)材料丰富易得(4)稳定性好。
而钴基化合物的成本低廉、稳定性较好,刚好符合理想催化剂优点,因此被人们广泛研究。
关键词:电催化;析氢反应;钴基化合物;电催化剂一、电催化分解水简介现在人们掌握的制氢技术主要有5种,分别是电解水、光解法、烃类蒸汽转化、醇类分解法、生物法。
这五种方法只有电解水的原料最为简单是水,且不受其他因素的影响,而水是无处不在的且对环境无危害,因此电解水制氢的成本也相对较低。
其他的方法如光解法和生物法都需要光照的支持,且电解水制出的氢气较纯,产量也较高,其他方法产生氢气的量可能较低。
电解水制氢实际上就是将电能转化为化学能。
1.1电催化分解水H2O=H2+O2是电催化分解水的总反应。
但直接电解纯净水有一定的弊端(即电解纯净水很难产生氢离子和氢氧根离子),因此我们通常会加入电解质来促进水的电离。
我们通常采用的电解质有氢氧化钠溶液、硫酸溶液、氢氧化钾溶液等,这些电解质也是实验室经常出现的且价格适中。
电解水在不同的条件下(环境或电解质的不同)总反应是相同的但阴阳两极会有不一样的反应。
碱性或中性环境中:阴极反应方程式:4HO(l)+4e-→2H(g)+4OH-(aq)阳极反应方程式:4OH-(aq)→O2(g)+2HO(1)+4e-酸性环境中:阴极反应方程式:2H+(aq)+2e-→H(g)阳极反应方程式:2H2O(l)→O2(g)+4H++4e-电催化的反应类型一共有两种。
两种不同粒径氢氧化钴的合成及表征
热重及电镜扫描的表征. 结果表明:当改变合成条件时, 可以得到粒径分别约为 1 微米和 O 微米的氢氧化钴颗 0 . 2
粒.
关键词:氢氧化钴 ; 粒径 ; 合成 ; 表征. 甘
中图分类号: O6 48 1 .1 文献标识码 : A
S n h s sa d Ch r c e i a i n o b l Hy r x d s t wo y t e e n a a t rz to f Co a t d o i e hT wi Dif r n ie fe e t z s S
2 实验部分
收稿 日 21—31 期:010—4 基金项 目:国家 自然科学基金项  ̄( 854) 2 00 1 0
作者简介: 林海 ̄( 7一 男, 1 8) 9 , 福建省莆田市人, 讲师.
第3 期
林海彬 , 汪庆祥 , 柳林增 , 井阿直:两种不同粒径氢氧化钴的合成及表征
4 3
明当氢氧化钴受热温度达到 4 0 时,C ( H 2 0 ̄ C o )失去一个水分子而以 C O 形式的产物存在. O o 随着温度的继 续升高,样品仍发生轻微的失重现象,其原 因可能是因为基线的漂移的结果.
钴氧化物用于超级电容器的电化学性能优化研究
钴氧化物用于超级电容器的电化学性能优化研究超级电容器(supercapacitor)作为一种新兴的储能装置,具有高能量密度、快速充放电能力、长循环寿命等优势,已经在电子设备、电动车和可再生能源等领域得到广泛应用。
而钴氧化物(Co3O4)作为一种重要的电极材料,具有很高的比电容和循环寿命,越来越受到研究者的关注。
本文旨在探讨钴氧化物在超级电容器中的电化学性能优化研究。
首先,我们需要了解钴氧化物的电化学特性。
钴氧化物作为一种转变金属氧化物,具有多价态的特点,因此可以发生迅速的电荷转移。
此外,钴氧化物的导电性较差,很容易与电解质中的离子进行反应,并使电极的表面生成导电性更好的氢氧化钴层。
在研究钴氧化物超级电容器的电化学性能优化过程中,一些关键因素需要被考虑。
首先是电极材料的制备方法。
通过控制合成条件,可以获得不同形貌和导电性质的钴氧化物。
例如,溶液法制备的钴氧化物常常具有较大的比表面积和孔隙结构,有利于电解质的渗透和质子传导。
而固相热分解法则可以获得颗粒较大的钴氧化物,进一步提高电极的稳定性和导电性能。
其次是对电解质的选择和优化。
电解质一般由溶剂和溶质组成,溶剂的选择是影响电化学性能的重要因素之一。
常用的溶剂包括水、有机溶剂和离子液体。
使用不同的溶剂可以调节电解质的粘度、离子浓度和传输速率。
同时,添加适量的盐类可以提高电解质的离子浓度,从而增加钴氧化物电极的功率密度。
此外,电极的表面形貌和纳米结构也是影响钴氧化物超级电容器性能的重要因素。
通过调控制备条件,可以控制钴氧化物纳米颗粒的形状和尺寸。
较小的颗粒尺寸和更大的比表面积有助于增加电极与电解质的接触面积,提高电容量。
同时,控制纳米材料的结构可以调控电子传输、离子扩散等动力学过程。
除此之外,钴氧化物与其他储能材料的复合也是提高超级电容器性能的有效方法之一。
例如,将钴氧化物与活性炭、石墨烯等材料复合,可以进一步增加电极的比电容和循环寿命。
最后,合适的电极组装方式和设备结构在超级电容器性能优化研究中也是十分重要的。
NiCO_2O_4@CNF复合电极材料的构筑及其超级电容器性能研究
• 57•过渡金属化合物复合碳纳米纤维是一种制备高性能超级电容器柔性电极材料的策略。
利用静电纺丝和碳化的方法制备一维超长结构的碳纳米纤维,然后利用水热法将氧化的钴酸镍(NiCO 2O 4)沉积在碳纳米纤维表面,由密集超长的碳纳米纤维作为支撑骨架,从而提高复合金属化合物高电化学性能。
扫描电镜(SEM )图像上证实了每根碳纤维表面均生长出了NiCO 2O 4,该柔性复合电极具有良好的超级电容性能,在1.0M KOH 中在电流密度为2A/g 时,质量比电容值高达481F/g 。
目前,由于存在人们对环境污染和化石能源资源有限的问题,所以需要激发更多可再生和生态友好的高性能储能设备的需求。
超级电容器以其充放电快、循环寿命长等突出特点,作为理想的储能设备的替代品引起了人们的广泛关注和探索。
超级电容器的性能很大程度上取决于所选择的电极材料,通常可分为两类:第一类型的材料,例如碳材料,它具有化学物理性能稳定、表面积大、导电性能好;而另一种材料为过渡金属氧化物、氢氧化物和导电聚合物,它们利用了快速的氧化还原反应将电荷存储在电活性表面,得到了高赝电容值。
在各种金属氧化物中,有三价镍钴矿(NiCO 2O 4)以其理论容量大、环保、成本低、高丰富度引起了人们的广泛关注,而且,与金属氧化镍或氧化钴相比,NiCO 2O 4具有优越的电导率和较高的电化学活性,同时,通过构造具有高表面积和快速电子/离子传输途径的纳米结构,可以大大提高这些过渡金属氧化物的性能。
近年来的研究证明,构造过渡金属氧化物/碳纳米结构作为电极材料是提高超级电容器性能的有效策略。
活性物质分布在CNF 矩阵作为一种导电载体,有利于产生理想电容行为:同时具有较大的比电容、较高的能量密度和功率密度。
电纺丝由于其结构简单、用途广泛和成本低廉而被认为是制备连续纳米纤维的一种有效方法。
电纺纳米纤维具有高比表面积、高长径比和网状结构的特点。
除此之外,静电纺丝还可以与其他的方法结合,这使得它们在光催化、锂离子电池和超级电容器等领域具有广阔的应用前景。
超级电容器用Ni/Co二元氧化物的制备及性能
· 技 术 交流 ·
电
池
BATTERY BIM0NTHLY
Vo1.48.No.4 Aug.,2018
DOI:10.19535/j.1001—1579.2018.04.009
超 级 电容 器 用 Ni/Co二 元 氧化 物 的制 备及 性 能
严喜样 ,王艳素 ,马 志领
(河北大 学化 学与环境科 学学院 ,化 学国家级 实验教 学示 范中心 ,河北 保 定 071002)
摘要 :通过 简易的两步法 ,以 pH=9.75的 NH,一NH4+缓 冲溶液作为沉淀剂,将不 同物质 的量 比的 Ni氧化 物与 co氧化物复 合 ,在 600 oC下煅烧 ,制得 Ni/Co二 元氧化物 (NCBO)。当 n(Ni):n(Co)=3:l时 ,制得的 NCBO的性 能较好 。XRD和 SEM 测试结 果表 明 :该样 品的结晶度最好 ,颗 粒分布最均 匀。电化 学测试结果表 明:该样品 的初 始 内阻为 0.199 1 n,导电性 良 好 ,以 1 A/g和 2 A/g的 电流 在 0~0.35 V 充 放 电 ,比 电 容 分 别 为 627 F/g和 545 F/g;以 1 A/g循 环 1 000次 的 电容 保 持 率 为 65% 。 关 键 词 :Ni/Co二 元 氧 化 物 (NCBO); NH 一NH4 缓 冲 溶 液 ; 超级 电容 器 中 图 分 类 号 :TM533 文献 标 志 码 :A 文章 编 号 :1001—1579(2018)04—0249—04
was the most uniform.The results of electrochemical tests showed that the initial internal resistance was 0.199 1 n .which had the best conductivity.The specific capacitance was 627 F/g and 545 F/g when the current was 1 A/g and 2 A/g in 0 —0.35 V, respectively.After 1 000 cycles with 1 A/g,the capacitance retention was 65% .
α相和β氢氧化钴sem
α相和β氢氧化钴semα相和β氢氧化钴sem是一种重要的功能材料,具有广泛的应用领域。
本文将分别介绍α相和β氢氧化钴sem的特点、制备方法及其应用。
我们来了解α相氢氧化钴sem。
α相氢氧化钴sem具有较高的比表面积和孔隙度,其晶体结构呈现出层状的片状形貌。
由于其较大的比表面积,α相氢氧化钴sem具有优异的吸附能力和催化性能。
它可以作为高效的吸附剂,用于环境污染物的去除,如重金属离子的吸附和有机物的降解。
此外,α相氢氧化钴sem还可用于电化学储能器件的制备,如超级电容器和锂离子电池。
接下来,我们转向β氢氧化钴sem。
β相氢氧化钴sem的晶体结构为立方相,颗粒形貌呈现出较为均匀的颗粒状。
相比于α相,β相氢氧化钴sem具有较高的比容量和电导率,因此在电化学领域具有广泛的应用。
β相氢氧化钴sem可用于制备超级电容器、燃料电池和锂离子电池等电化学储能器件。
此外,β相氢氧化钴sem还可用于催化剂的制备,如用于有机合成反应的催化剂和环境污染物的催化降解剂。
下面我们将介绍α相和β氢氧化钴sem的制备方法。
一种常用的制备方法是水热法。
首先,将适量的钴盐和碱溶液混合,控制反应条件,经过一定时间的水热反应,即可得到α相或β相氢氧化钴sem。
此外,还可以利用溶胶-凝胶法、沉淀法和水热共沉淀法等方法制备α相和β氢氧化钴sem。
这些方法具有操作简便、成本低廉的特点,适用于大规模制备。
我们来了解α相和β氢氧化钴sem在不同领域的应用。
α相氢氧化钴sem可应用于环境领域,用于废水处理和空气净化等方面。
它可以高效去除重金属离子和有机物,对于改善环境质量具有重要意义。
β相氢氧化钴sem在电化学领域有广泛的应用,可用于制备高性能的电化学储能器件。
此外,α相和β氢氧化钴sem还可以用于催化剂的制备,促进有机合成反应和环境污染物的降解。
α相和β氢氧化钴sem是一种重要的功能材料,具有广泛的应用前景。
它们在环境领域、电化学领域和催化剂领域都具有重要的应用价值。
α-Co(OH)_2的制备及其超级电容特性
超 级 电容器 填补 了传 统 电容 器 ( 平板 电容 器 、电解 电容器 ) 电池 之 间 的空 白 ,能够 提 供 比传 统 如 和 电容器更 高 的 比电容 及能 量 密度 和 比电池更 高 的 功率 密度 ,并 具 有充 放 电效 率 高 、寿 命 长 、温度 范 围
宽、 免维护和环境友善等特点 , J 可用来满足电动汽车在加速 、 启动、 爬坡时的瞬时高功率要求 , 以保
1 实验 部 分
1 1 试 . 剂
C C 6 天 津 市天昊 精 细化 学 品有 限公 司 ,A. . ) K H( o I・H O( R 级 , O 天津 市 致 远 化 学试 剂 有 限 公 司 , A R 级 ) N H( 安化 学试 剂 厂 , . 级 ) 二 次蒸 馏水 . .. , HO 西 A R. ,
合成及电化学等方法 制备 特定 形貌或 晶型 的 c ( H).例 如 wu等 采用 沸石 担载方 法制备 的 oO : C ( H),比电容高达 3 0 / .尽管该方法所制备 的 C ( H) oO : 18F g o O 比电容接近理论值 , 但引入沸石对电
极质量及稳定性等方面的影响不容忽视. hu 采用电化学沉积方法制备的 c ( H) , Z o 等¨ o O 比电容高 达 18 / , 0 4F g 但在该方法中 , 活性物质 C ( H) 直接沉积到导 电基体上 , oO : 所得 C ( H 薄膜厚度只 oO )
粒子组成 的片状 — o O :表现出优 良的电化学性能 , 电极 比电容高达 12 / . C ( H) 单 20F g
关键词 —O O : C ( H) ;聚乙烯 吡咯烷酮 ; 化学 沉淀
中图分 类号 0 4 ;0 3 . 6 6 6 15 文献标识码 A 文章 编号 0 5 -7 0 2 1 )2 3 30 2 10 9 (0 化 学 学 报
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论文题目:水热法制备氢氧化钴及其超电容性能的研究姓名:院系专业:化学班级:学号:0指导老师:完成时间:目录摘要 (I)Abstract (II)一前言 (1)1.1 超级电容器的研究背景 (1)1.2 超级电容器的性能特点 (1)1.3 电化学电容器的储能原理 (2)1.4 超级电容器研究的电极材料及应用 (3)1.5 选题依据 (3)二实验部分 (5)2.1 试剂与仪器 (5)2.2 样品的制备 (5)2.3 电极的制备及电化学性能的测试 (6)三结果与讨论 (7)3.1 不同沉淀剂制备的氢氧化钴电化学性质研究 (7)3.1.1 循环伏安测试 (7)3.1.2 恒流充放电测试 (8)3.1.3 交流阻抗测试 (7)3.1.4 小结 (8)3.2 不同投料比的氢氧化钴电化学性质研究 (8)3.2.1 循环伏安测试 (8)3.2.2 恒流充放电测试 (9)3.2.3 交流阻抗测试 (11)3.2.4 小结 (11)四结论 (11)参考文献 (11)致谢 (19)摘要利用水热法,以硝酸钴为原料,氢氧化钠、醋酸钠、尿素为沉淀剂,制备了氢氧化钴。
通过循环伏安、恒电流充放电等测试表明,以醋酸钠为沉淀剂、反应温度为100℃时,氢氧化钴电极在1 mol·L-1氢氧化钾溶液中和-0.05~0.45通过电化学性能测试,得出醋酸钠与硝酸钴摩尔比为1:1时单电极比电容最大达184 F·g-1,电化学性能较好。
关键词:;超级电容器;电容性能AbstractUsing the hydrothermal method, using cobalt nitrate as raw materials, sodium hydroxide, sodium acetate, urea as precipitating agent, cobalt hydroxide was prepared. Shown by cyclic voltammetry, constant current charge-discharge test, with sodium acetate as precipitating agent, the reaction temperature is 100 ℃, the cobalt hydroxide electrode in 1 mol · L-1potassium hydroxide solution and -0.05~0.45 V (vs. feeding hydrogen oxidation ratio of the drill, the electrochemical performance tests, the molar ratio of sodium acetate and cobalt nitrate as 1:1 single electrode capacitance than the maximum up to 184 F · g-1, good electrochemical performance.Keywords: Hydrothermal; Super capacitor; Capacitance performance一前言1.1超级电容器的研究背景在环境污染严重,能源匮乏的今天,要求尽快改善人类生存环境的呼声日益高涨,因此,对无污染新能源的开发、利用及存储成为众多学者的研究热点之一。
各种电动汽车的研制就是此种要求的具体体现。
双动力或多动力电动汽车在加速、启动、爬坡时要求高功率,而蓄电池在大功率应用时会降低效率和缩短寿命。
常规的电容器和充电电池无法满足这方面的要求,因此具有高能量密度、高功率密度、低等效串联电阻以及性价比高的活性材料上。
RuO2等贵金属氧化物是理想的超级电容器电极材料,比电容高,导电性能好,但高昂的价格限制了其广泛应用。
因此超级电容器电极材料研究的重点逐渐转移到了以NiO、MnO2和CoOx为代表的贱金属氧化物[1]。
超级电容器也叫电化学电容器,是一种介于蓄电池和传统静电电容器之间的储能装置。
与常规静电电容器不同,其容量可达法拉级至数千法拉,功率密度大,良好的的可逆性能(90%~95%),循环寿命长(>105次)。
另外其完成充电时间短,可以作为大功率脉冲电源,能大电流瞬时充放电,广泛应用于数据记忆存储系统、便携式仪器设备、后备电源、通讯设备、计算机、电焊机、充磁机、闪光灯、燃料电池、电动车混合电源等领域。
随着绿色电动汽车的研制,超级电容器的研究也进入了一个全新时期[3]。
极材料主要是金属氧化物和导电聚合物[6]。
1.2超级电容器的性能特点超级电容器具有比常规电容器更大的比能量,比蓄电池更大的比功率和循环使用寿命。
比容量可达传统电容器容量的100倍以上。
能量密度是化学电源的十分之一左右,却有着比电池高10倍以上的功率密度。
因此,超级电容器已不再是一般意义上的电路元件,而是一种新型环保储能元件。
将超级电容器与蓄电池并联使用,可减少电动汽车对蓄电池大电流放电的限制,延长蓄电池的使用寿命,并且对环境无污染,是真正的绿色能源。
它是介于常规电容器和蓄电池之间的新型储能设备及器件,它具有许多传统储能器件所不具备的优点。
表1.1 是超级电容器与电池、传统电容器性能参数的比较[7]。
蓄电池传统电容器超级电容器充电时间1~5h10-6~10-3s1~30s放电时间0.3~3h10-6~10-3s1~30s能量密度(W.kg-1)20~100≤0.11~10功率密度(W.kg-1)50~200≥10.0001000~2000循环寿命500~2000∞1000~2000表1-1 超级电容器与电池、传统电容器性能的比较作为一种新型储能元件,超级电容器的特点主要有:1.功率密度高。
与充电电池相比,超级电容器可作为功率辅助器,供给大电流。
超级电容器的功率密度是传统蓄电池的10~100倍左右。
可以在短时间内流充电,且能在很短的时间内完成充电。
3.使用寿命长。
超级电容器在充放电过程中发生的电化学反应具有很好的可逆性,具有超长的使用寿命,充放电循环寿命在10万次以上。
4.超高的电容量。
与传统电容器相比较其电容量大得多,比同体积传统电容器容量大2000~6000倍。
5.使用温度范围宽。
可在-40℃~+70℃温度范围内使用,其低温性能较传统储能元件要好的多。
6.放置时间长。
超级电容器有长的循环寿命,超过一定时间会自动放电到低压,但仍能保持其电容量,且能充电到原来的状态,即使几年不用仍可保留原有的性能指标。
1.3电化学电容器的储能原理超级电容器与传统电容器的不同主要表现在储存能量的多少上,作为能量的储存容器和法拉第准电容器[9]。
双电层电容的充放电原理:金属表面上的静电荷从溶液中吸收部分不规则的分配离子,使它们在电极/溶液界面的溶液一侧,离电极一定距离排成一排,形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。
于是在电极上和溶液中就形成了两个电荷层。
当在两个电极上施加电场后,溶液中的阴、阳离子分别向正、负电极迁移,在电极表面形成双电层;撤消电场后,电极上的正负电荷与溶液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定,在正负极间产生相对稳定的电位差。
这时对某一电极而言,会在一定距离内(分散层)产生与电极上的电荷等量的异性离子电荷,使其保持电中性;当将两极与外电路连通时,电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流,溶液中的离子迁移到溶液中呈电中性,这便是双电层电容的充放电原理。
间内进行电荷转移,即可获得更高的比功率。
同时,在整个充放电过程中,电极上没有发生决定反应速度与限制电极寿命的电活性物质的相变化,因而循环寿命长。
它还具有其他特点:如比能量高、快速充放电能力强。
1.4超级电容器研究的电极材料及应用在超级电容器的研究中, 许多工作都是围绕着开发各种在电解液中有较高比容量的电极材料而进行的。
目前应用于超级电容器的电极材料主要有3种: 碳基材料、金属氧化物及水合物材料和导电聚合物材料[1]。
高的功率密度、使用寿命长、充放电性能好、大电流的电化学性能以及环保的特点,在电子、通讯、国防以及航空航天等领域得到越来越广泛的应用,其市场前景相当广阔[13]。
1.5选题依据金属氢氧化物是目前研究为广泛的一类超级电容器材料。
在所有的金属化合物中,RuO2具有高的比容量和良好的电导率,但高昂的价格限制了它在超级电容器中的应用。
目前国内外研究者正积极寻找廉价氧化物及其他化合物来替代RuO2。
在所用些廉价的过渡金属氧化物中,Co(OH)2因其具有好的赝电容性能、低的价格、长期使用性能和好的耐腐蚀性,是一种具有发展潜力的超级电容器电极材料[16]。
然而,我国是钴资源匮乏之国, 但采用新技术合成Co(OH)2已有报道,北京矿的方法制备最有用的材料符合绿色化学理念。
二实验部分2.1试剂与仪器硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O,分析纯,天津市北联精细化学品开发有限公司)司)氢氧化钠(NaOH ,分析纯,天津市科盟化工工贸有限公司)氢氧化钾(KOH,分析纯,天津市科盟化工工贸有限公司)聚四氟乙烯乳液(PTFE)乙炔黑磁力加热搅拌器(79-1型,江苏医疗仪器厂)数控超声波清洗器(KQ-250DE型,昆山市超声仪器有限公司)数显鼓风干燥箱(GZX-9146MBE型,上海博讯实业有限公司医疗设备厂)电子天平(FA2104N型,上海民桥精密科学仪器有限公司)容量瓶(100 ml、 250 ml)反应釜(30、50ml)玻璃棒马弗炉玛瑙研钵2.2样品的制备(1)以硝酸钴为原料,十二烷基磺酸钠为分散剂,分别制备以醋酸钠和氢氧化钠为沉淀剂的氢氧化钴:准确称取一定量的硝酸钴、十二烷基磺酸钠分俩份,向俩份样品中分别加入醋酸钠、氢氧化钠,然后各加35 ml去离子水,室温下磁力搅拌至混合均匀。
再分别将混合物转入高压釜中,填装度为80%,密封、(2)、十二烷基磺酸钠分俩份,向俩份样品中分别加入醋酸钠、尿素,然后各加35 ml去离子水,室温下磁力搅拌至混合均匀。
再分别将混合物转入高压釜中,填装度为80%,密封、100°C下恒温12 h。
反应完全冷却至室温可得沉淀,抽滤,用去离子水、无水乙醇反复淋洗,60°C下干燥8 h,得到的产物分别标为样品a、样品c。
(3)以硫酸钴为原料,醋酸钠为沉淀剂,制备不同投料比的氢氧化钴:按醋酸钠和硫酸钴摩尔比为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3混合,按(1)方法制备样品,得到的产物分别标号为d、e、f、g、h。
2.3电极的制备及电化学性能的测试粉末与乙炔黑、粘结剂聚四氟乙烯(PTFE)以一定质量比将制备好的Co(OH)2相混合和成糊状(电活性物质为5 mg),均匀地涂在镍网上,常温下干燥后压成三结果与讨论3.1不同沉淀剂制备的氢氧化钴电化学性质研究3.1.1循环伏安测试图3-1Co(OH)2(a、b、c)电极的循环伏安曲线图电极循环伏安曲线,工作电位范围图3-1为不同沉淀剂制备的Co(OH)2-0.05~0.4 V(vs.SCE),扫描速率为5 mV·s-1。