co3o4超級電容

1、9121116660114 李劍飛Co304納米顆粒制備 Co304超級電容背景 近年來,氣候變化,化石燃料的枯竭和世界人口的急劇增長要求人類社會尋求無污染以及可再生的新能源。同時,又由于太陽能和風能的不可持續(xù)性以及人們對于電動汽車續(xù)航能力的期望,新型儲能系統(tǒng)開始在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)生活中產(chǎn)生越來越重要的作用,其中的最具有應用前景的是鋰離子電池和超級電容器。鋰離子電池自1990年被Sony公司開發(fā)出以來,通過Scrosati和Armand等的研究,由于其優(yōu)異的能量密度(可達180Wh/kg),得到巨大的發(fā)展和廣泛的應用。然而,鋰離子電池的功率密度較低,使用溫度范圍有限,而且在大電流密度的充放過程會

2、產(chǎn)生發(fā)熱、爆炸等危險。超級電容器 超級電容器能在數(shù)秒至數(shù)分鐘內完成完全充放過程,當然,超級電容器的能量密度相對較低(5 Wh/kg),所以超級電容器在儲能領域的實際應用中可作為動力鋰離子電池組的補充以來滿足高功率輸出的需求和延長電池組的使用壽命。最新的A380客機的緊急逃生門開始使用超級電容器作為動力裝置,這證明安全可靠的超級電容器已經(jīng)完全能夠被大規(guī)模應用于工業(yè)界。又例如,Testa電動汽車中,已將超級電容器應用于加速系統(tǒng),制動系統(tǒng)中。一份最新的報告表明,美國能源部將超級電容器和電池在未來儲能系統(tǒng)看作同等重要的兩個部分。超級電容器的簡介 超級電容器作為一種新型的儲能裝置,其儲存電量的大小等于電

3、容和電壓的乘積。傳統(tǒng)的靜電電容器連接到外電路,可迅速將儲存的電荷放出;而只要兩電極間存在電壓,靜電電容器可迅速充電,直達平衡,其充放電期間沒有化學變化及相變,理論上沒有衰減。而超級電容器根據(jù)儲能機理的不同可以分為三類:雙電層電容,贗電容和混合電容。 1、雙電層電容的儲能機理與傳統(tǒng)電容器相同,充放電過程是物理過程,電容來自于電子和離子在電極/溶液界面的定向排布。2、贗電容的充放電過程是法拉第過程,如欠電位沉積,高度可逆化學吸附和氧化還原反應,都涉及電極與電解液之間的電荷傳輸。3、混合電容是雙電層電容和贗電容的組合,法拉第過程和物理過程的結合能讓超級電容器同時具有高的脈沖功率和可持續(xù)能量。 C03

4、O4的制備方法一、一、傳統(tǒng)制備方法傳統(tǒng)制備方法 C03O4的傳統(tǒng)制備方法一般是高溫固相反應法。目前在冶金工業(yè)上,大多釆用先合成二價鈷鹽,然后高溫分解的方法。通常制備的二價鈷鹽有醋酸鈷,草酸鈷,碳酸鈷,堿式碳酸鈷等。用硝酸將鈷離子從鈷礦中浸出,形成PH值為45的確酸鈷溶液。然后向溶液中加入一定量NH4HCO3使得鈷離子形成沉淀,其中控制n(C03-)/n(Co2+)=2.42.60將沉淀濾出干燥,在300450 C下鍛燒,得到黑色的C03O4粉末。二、二、化學沉積法化學沉積法 沉淀法是指通過調節(jié)溶液中陰離子的種類和配比,以形成鈷鹽沉淀,然后再鍛燒結晶的一種方法。該方法與傳統(tǒng)的高溫固相法原理上基本

5、一致,但在合成過程中,沉淀法不僅只考慮陰離子一種因素,還將溫度,PH值等其他因素加以考慮,同時在沉淀過程中往往加入模版作為形貌控制劑。以沸石分子篩為模版,通過向氯化鈷溶液加入氨水調節(jié)PH值,最后得到Co(OH)2納米須-沸石分子蹄復合物,其容量高達1492 F/g。三、三、低溫液相生長法低溫液相生長法 低溫液相生長法是指將基底直接置入制備材料的溶液中,然后利用溶液反應簡單易行和對形貌高度可控的優(yōu)點將材料直接生長到基底上。此方法不僅能控制微觀形貌,同時省去了制備電極的繁瑣過程。以鹽酸處理過的泡沫鎳作為基底,然后將其浸入摘酸鈷,稍酸銨和氨水組成的前驅溶液中,90C下生長12 h,然后鍛燒得到生長在

6、基底上的C03O4納米線列陣,其比容量達746 F/g。Li等50以ITO為基底,在硫酸鈷,氨水,過硫酸鈉組成的前驅溶液中室溫下生長2h,生成生長在基底上的微米級C03O4球狀顆粒,其比容量達227 F/g。四、四、電沉積法電沉積法 電沉積法是指對含有鈷離子的溶液進行恒電流電沉積,在其陰極上能生成納米級材料。這種方法能通過改變電解液溶度和組成,電沉積溫度和電沉積電位來改變材料的組成和形貌,而且該方法也可直接將目標材料生長到集流體上,省去了電極制備過程。以氧化招納米管列陣(AAO)為模版,通過對氯化鈷溶液進行電沉積,然后用濃堿液將模版去除,最后鍛燒得到生長在基底上的C03O4納米管列陣,其比電容

7、達574F/g。以泡沫鎳為基底,以硝酸鈷溶液為電解液,電沉積然后鍛燒得到生長在基底上的多孔C03O4納米片列陣,其比電容達325 F/g。五、五、水熱法水熱法 水熱法是指在密閉容器內,在高溫高壓下,以水,水溶液和蒸汽等流體為介質進行化學反應。在水熱反應中,水既可以作為溶劑,也可以作為氧化劑或還原劑參加反應,還作為壓力傳遞介質。水熱法制備的材料純度高,粒徑小且分布均勻,而且形貌也易于通過改變條件來控制。 如：以尿素為形貌劑,105C下水熱后煅燒合成多孔C03O4納米棒,其比電容為280 F/g；以賴氨酸為形貌劑,100 C下水熱合成海膽狀的Co(OH)2納米結構,其比電容達421 F/g；以Tr

8、iton X-100為模版劑,120 C水熱合成多孔層狀平行排列的C03O4納米結構,其比電容達604 F/g。六、六、溶劑熱法溶劑熱法 溶劑熱法的原理類似于水熱法,是以非水溶劑(如乙醇,乙二醇,苯等)代替水作為溶劑,在密閉容器內進行高溫高壓的反應方法。溶劑熱法不僅具有水熱法的優(yōu)點如材料純度高,粒徑小且分布均勻等,而且使用沸點較高的非水溶劑能進一步提高反應爸內的壓力,形成新的合成反應。以聚乙稀啦略燒酮(PVP)為模版劑,通過調節(jié)聚乙二醇與水的配比,形成了 C03O4納米結構的形貌可控,分別得到一維的針狀納米棒結構,二維的葉狀納米片結構和三維的橢圓狀微米顆粒,其中一維的針狀納米棒結構的比電容最大

9、(111 F/g)。超級電容的應用 C03O4超級電容器因為其較高的功率密度,較長的循環(huán)壽命,被認為下一代儲能設備的佼佼者之一。四氧化三鈷因為其高的理論容量(3560 F/g)和環(huán)境友好性,已成為一種主要的電容器電極材料。運輸行業(yè) 用于公交車和卡車的混合電力、氫氣和基于燃料電池的動力系統(tǒng)提高了燃油效率，降低了有害排放。該類型混合架構對于執(zhí)行大量“停走”驅動的大型車輛特別有吸引力，如市內運輸公交車和貨運卡車。傳統(tǒng)的公交車和卡車的效率很低，產(chǎn)生高度有害的排放，因為它們碩大的引擎（通常是柴油機）持續(xù)不斷地給車輛加速和減速-這是一種效率最低的產(chǎn)生動力的方式。在串聯(lián)混合系統(tǒng)中，較小的引擎與發(fā)電機緊密配合

10、，在恒定、有效的速度和功率輸出級上工作。當車輛動力暫時需要增加的時候，如加速期間或爬山時，要從車上由電池和超級電容組成的能量儲存系統(tǒng)吸取電力。當車輛的動力需求較低時，該能量儲存系統(tǒng)被充電。這樣不僅僅能量效率增加了，而且車輛能夠通過再生制動(regenerativebraking)在它減速時重新回收(加速時付出的)能量 汽車領域為電機啟動提供強大啟動力距吸收馬達制動過程中能量保護蓄電池過放電，延長使用壽命提高電動機車性能 如加速，制動等超級電容能在短時間內提供和吸收大的功率，而且能量回收效率高、充放電次數(shù)高、循環(huán)壽命長、工作溫度區(qū)域寬；適合頻繁加速和減速的城市交通工況。超級電容價格相對于電池要便宜, 適合低成本方案。盡管超級電容比能量比較低，但是可以通過控制策略的研究，合理地進行能量分配 為開啟門提供爆發(fā)動力，16x56UCs 使用壽命25年，140000飛行小時 已交付多于100kPC100產(chǎn)品 設計變成BCAP0140產(chǎn)品 每個A380上緊急啟動16個門，2個長期使 用的登機門，14個應急門 在