铁基二元/三元氧化物电极材料的制备及其电化学性能的研究

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本文采用水热并结合煅烧处理的方法在泡沫镍上自生长铁基金属氧化物(包括铝铁氧化物、钴铁氧化物和铝钴铁氧化物)材料,研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。通过调控沉淀剂浓度、反应温度、时间、煅烧温度以及添加模板剂的种类和用量等条件来研究铝铁氧化物材料电化学性能的变化。研究了不同模板剂对于钴铁氧化物和铝钴铁氧化物材料形貌、晶型、比表面积以及电化学性能的影响。采用水热法制备铝铁氧化物,研究结果表明,当反应温度为180℃、反应时间为12 h、煅烧温度为250℃、沉淀剂浓度为金属盐5倍时,材料电化学性能最优:电流密度为1 A/g和10 A/g时,比容量分别为800 F/g和720 F/g,保持率为90.0%;2000次充放电循环后,容量保留88.9%。此外,辅以不同量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚乙烯醇(PVA)作为模板剂合成材料,得到最佳添加量为6.250 g/L、3.125 g/L、3.125 g/L和3.125 g/L。其中添加适量PVP得到的材料性能最优,在1 A/g和10 A/g电流密度下比电容分别为1358 F/g和1262 F/g;2000圈循环后,容量保持91.9%。通过模板法制备了由SDS、PVP、PVA和CTAB调控的CoFe2O4电极材料。与普通水热法合成的材料相比,发现模板剂的添加可以改善样品的比表面积和孔结构,进而提高材料的电化学性能:在1 A/g的电流密度下,未添加模板剂和添加适量PVA、SDS、PVP和CTAB电极的比容量分别为696 F/g、1342 F/g、828 F/g、1100 F/g和1148F/g。在10 A/g的电流密度下,2000次充放电后,容量保留率分别为84.1%、87.3%、64.7%、91.4%和76.9%。以添加PVA所得材料为正极,活性炭为负极,组装不对称超级电容器,结果显示CFO-A//AC在1 A/g的电流密度下比容量为166 F/g,在769.7W/kg功率密度下,能量密度可达到55.4 Wh/kg,并且具有优异的循环稳定性。通过模板法制备了由SDS、PVP、PVA和CTAB调控的铝钴铁氧化物电极材料。对比了铁基二元/三元氧化物材料的电化学性能,发现铝钴铁氧化物具有更高的比电容和循环性能。通过实验探究了模板剂的添加对材料形貌和电化学性能的影响,结果显示,添加PVA所制备的材料团聚现象少,纳米片层薄。添加适量的PVA、SDS、PVP和CTAB时制备的材料在1 A/g的电流密度下,比容量分别为1392 F/g、1030 F/g、1387F/g和1223 F/g,在10 A/g的电流密度下进行2000次恒流充放电循环,比容量保持率分别为89.9%、91.3%、80.0%、92.0%和89.4%。
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