co3o4超级电容.

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钴酸锂 四氧化三钴

钴酸锂 四氧化三钴

钴酸锂四氧化三钴钴酸锂(LiCoO2)是一种重要的正极材料,广泛应用于锂离子电池中。

在本文中,我们将深入探讨钴酸锂的四氧化三钴(Co3O4)形态,其性质和应用领域,以及对环境和可持续发展的影响。

首先,让我们从钴酸锂的基本概念开始。

钴酸锂是一种层状结构,由钴离子(Co2+)和氧离子(O2-)组成。

在正极材料中,钴酸锂以其高能量密度和良好的电化学性能而受到广泛关注。

然而,由于其稀有性和高成本,人们对寻找替代材料的研究也越发重要。

接下来我们将探究钴酸锂的四氧化三钴形态。

四氧化三钴由正极材料中的Co3+氧化形成,其具有多种形态,包括纳米颗粒、纤维状结构和薄片形貌。

这些形态的特点对于锂离子电池性能具有重要影响。

例如,纳米颗粒形态的四氧化三钴具有较大的比表面积,可增加电极与电解液之间的接触面积,提高电池的能量密度和充放电速率。

在探索四氧化三钴的性质时,我们发现其具有良好的导电性和储能性能。

这使得四氧化三钴成为电化学储能器件中的重要组成部分。

与钴酸锂相比,四氧化三钴具有更高的能量效率和更长的循环寿命。

因此,人们在锂离子电池和超级电容器等储能设备中广泛使用四氧化三钴。

此外,值得一提的是,钴酸锂和其衍生物对环境和可持续发展也产生了一定的影响。

由于钴酸锂的资源稀缺和开采成本高,人们对于提高其可再生性和回收利用的研究日益重要。

同时,钴酸锂的生产和废弃物处理也对环境造成了一定的压力。

因此,开展针对钴酸锂生命周期的环境评估和可持续发展研究势在必行。

综上所述,钴酸锂的四氧化三钴形态在锂离子电池中扮演着重要角色。

其具有良好的电化学性能和储能性能,广泛应用于电子设备和储能领域。

然而,人们也应重视其环境和可持续发展的问题,加强对钴酸锂资源的可持续利用和废物处理的研究。

希望本文的内容能帮助您更深入地理解钴酸锂和四氧化三钴的相关知识。

如有任何问题或疑问,请随时与我联系。

四氧化三钴技术说明书

四氧化三钴技术说明书

四氧化三钴(Co3O4)是一种重要的过渡金属氧化物,具有广泛的应用领域,如催化剂、电化学电池、传感器等。

以下是四氧化三钴技术说明书的基本内容:
1. 产品名称:四氧化三钴(Co3O4)
2. 化学式:Co3O4
3. 外观:黑色粉末
4. 纯度:通常为99%以上
5. 晶体结构:属于立方晶系
6. 分子量:240.80 g/mol
7. 密度:6.11 g/cm³
8. 熔点:895 °C
9. 热稳定性:在高温下稳定
10. 溶解性:不溶于水和大多数有机溶剂
11. 包装:常见的包装形式为塑料瓶或铝箔袋,根据客户需求可提供不同规格的包装。

12. 储存条件:应存放在干燥、阴凉、通风的地方,避免阳光直射和潮湿环境。

13. 使用注意事项:
-避免吸入粉尘,应佩戴防护口罩和手套。

-避免与强酸、强碱等化学物质接触。

-使用时应注意防火防爆措施。

-使用前请仔细阅读安全数据表(SDS)。

14. 应用领域:
-催化剂:四氧化三钴可用作氧化反应的催化剂,如甲烷部分氧化制取甲醛。

-电化学电池:四氧化三钴可用作锂离子电池、超级电容器等电化学储能器件的正极材料。

-传感器:四氧化三钴可用作气体传感器、湿度传感器等的敏感材料。

-其他应用:四氧化三钴还可用于染料敏化太阳能电池、光催化等领域。

以上是四氧化三钴技术说明书的基本内容,具体的说明书内容可能会根据不同厂家和产品有所差异。

在使用四氧化三钴时,请务必遵循相关的安全操作规程和使用说明。

co3o4超级电容

co3o4超级电容

四、电沉积法
电沉积法是指对含有钴离子的溶液进行恒电流 电沉积,在其阴极上能生成纳米级材料。这种方法 能通过改变电解液溶度和组成,电沉积温度和电沉 积电位来改变材料的组成和形貌,而且该方法也可 直接将目标材料生长到集流体上,省去了电极制备 过程。以氧化招纳米管列阵(AAO)为模版,通过对 氯化钴溶液进行电沉积,然后用浓碱液将模版去除, 最后锻烧得到生长在基底上的C03O4纳米管列阵, 其比电容达574F/g。以泡沫镍为基底,以硝酸钴溶 液为电解液,电沉积然后锻烧得到生长在基底上的 多孔C03O4纳米片列阵,其比电容达325 F/g。
超级电容的应用
C03O4超级电容器因为其较高的功率密度,较长 的循环寿命,被认为下一代储能设备的佼佼者之一。 四氧化三钴因为其高的理论容量(3560 F/g)和环 境友

用于公交车和卡车的混合电力、氢气和基于燃料电池 的动力系统提高了燃油效率,降低了有害排放。该类型混 合架构对于执行大量“停走”驱动的大型车辆特别有吸引 力,如市内运输公交车和货运卡车。传统的公交车和卡车 的效率很低,产生高度有害的排放,因为它们硕大的引擎 (通常是柴油机)持续不断地给车辆加速和减速--这是一 种效率最低的产生动力的方式。在串联混合系统中,较小 的引擎与发电机紧密配合,在恒定、有效的速度和功率输 出级上工作。当车辆动力暂时需要增加的时候,如加速期 间或爬山时,要从车上由电池和超级电容组成的能量储存 系统吸取电力。当车辆的动力需求较低时,该能量储存系 统被充电。这样不仅仅能量效率增加了,而且车辆能够通 过再生制动(regenerativebraking)在它减速时重新回收 (加速时付出的)能量
航空领域
为开启门提供爆发动力,16x56UCs 使用寿命25年,140000飞行小时 已交付多于100kPC100产品 设计变成BCAP0140产品 每个A380上紧急启动16个门,2个长期使 用的登机门,14个应急门 在地面上,正常操作和紧急操作时,门必须 被打开 ;在飞行时,门必须被关上并锁紧 滑道必须在紧急情况被需要的时候膨胀 工作峰值负载60A 待机时间8小时,(要求低自放电) 总能量11000W 可预测的充电级别,充电状态持续监视 门控制器冗余电源 限制质量和体积 应用超级电容器的优势 质量小 高循环寿命 高可靠性 免维护

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科研热词 超级电容器 比电容 活性炭 比表面积 电化学性能 化学活化 碳纳米管 电子技术 水热法 模板法 孔径分布 co3o4 锂电池 能量获取 能量管理 胡桃壳 肝素钠 聚偏二氯乙烯(pvdc) 纳米片 纳米复合 粉末 竹炭 碳纳米管阵列 碳化物骨架碳 碳包覆 直立碳纳米管 电极材料 电容性能 电容器储能系统 电容 电化学电容器 电化学电容 球状聚吡咯 热处理 炭气凝胶 溶剂热法 温差电池 活化 沉淀法 水蒸气活化 水溶性酚醛树脂 模型 有限域聚合法 无线传感器节点 微结构 循环性能 循环伏安 应用 太阳能光伏电池 多孔炭 复合电极材料 四氧化三钴
107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137原位生长 单电池 化学混合法 化学气相沉积 功率密度 凝胶因子 共聚法 全固态超级电容器 充放电性能 储能装置 倍率性能 修饰处理 体积比电容 介孔金属氧化物 介孔结构 介孔炭 二氧化锰/活性炭 二氧化钌 乙烯基三甲氧基硅烷(vtmos) 中孔炭 x射线光电子能谱 sno2 ruo2·nh2o溶胶 pwm控制 photomos pani/cnts复合材料 ni(oh)2/usy dc/ac/dc变换器 co3o4 can总线
推荐指数 23 7 5 4 3 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

树突状的Co3O4纳米结构及其在传感器、电容器和催化剂上的运用

树突状的Co3O4纳米结构及其在传感器、电容器和催化剂上的运用

Co3O4是一个重要的P型半导体,主要应用在锂离子电 池、多相催化、电化学电容器装置和其它应用上。特别指出, 纳米级的Co3O4材料在过去几年里引起了很多学者的研究, 这是因为其新颖的纳米结构可以导致其物理化学性质提高。 因此,很多控制合成纳米结构的Co3O4和Co3O4立方体、棒、 线、管和层已经制得。金属8-羟基喹啉螯合物由于其在光致 发光,电致发光,场致发光中很宽的变化使得其应用广泛。 这里,我们报道了基于Co(Ⅱ)和8-羟基喹啉的相互作用 来合成Co-8-羟基喹啉配位化合物,通过很多纳米棒组合成 树突状,接着在空气中进行热分解来形成Co3O4纳米结构。 更重要的是,检测H2O2非酶传感器可以通过纳米结构的 Co3O4修饰电极来制得,这中传感器随着H2O2浓度的变化, 表现出了很好的线性关系和高的灵敏性。作为电容器的电极 材料,电化学测量表现出了一个高比电容和长的循环周期。 Co3O4纳米结构同样也表现出了很高的催化活性,对于CO 的氧化表现出了稳定的活性,并在较低的温度下实现CO的 100%转换。
引言
H2O2是在环境和生物系统中一个重要的中间体,在污染 控制、织物和纸漂白、食品加工、杀菌剂方面应用很多。然 而, H2O2对于环境来说也是有危害的,在很多疾病中都有 涉及到,这使得对于H2O2在环境、制药、临床、工业研究 中的精确检测很重要。已经报道了一种简单有效的检测 H2O2的电化学方法,这个方法是在支持电解质中基于电化 学的电极上进行的。然而, H2O2在裸电极上的直接氧化对 于电化学分析并不适用,这主要是由于其低的电极动力学和 氧化还原反应需要高的过电势,这使得制备一个化学修饰电 极(CME)很重要。最近,人们研究了很多基于生物传感 器来检测H2O2的电化学方法,具体是在不同材料如血红蛋 白、多层碳纳米管、硅镁土中的细胞色素、C陶瓷纳米管纳 米复合物薄膜中的山葵过氧化物酶上固定酶/蛋白质。这些 H2O2生物传感器的运用由于酶本身固有的属性受到制约, 因为酶固定过程很容易受到温度、湿度、pH值的影响。因 此,制备一个稳定性高、制备简单、高效率的非酶的H2O2 生物传感器显得非常重要。

超级电容器原理介绍及实验分析

超级电容器原理介绍及实验分析

五、结果与分析1、实验过程总结与知识点查阅○1超级电容器的结构:[1]超级电容器主要由三部分组成:电极、电解液和隔膜,其中电极由集流体和电极材料组成。

本实验中,集流体为泡沫镍,集流体起到降低电极内阻的作用,活性物质为三维石墨烯-Co3O4复合材料。

○2超级电容器的分类及原理分为双电层电容器和赝电容器双电层电容器:充电时,电解液中的带电粒子被吸附在电极表面,形成双电层结构,从而将能量储存起来。

在双电层电容器工作的过程中,电解液中的粒子只发生电迁移、扩散、传质,完全是物理过程,不会和电极发生氧化还原反应。

在充电时,接正极的电极集流体和活性物质带正电,活性物质吸附电解液中的负离子从而形成双电层结构。

同样的,接负极的活性物质带负电,吸引电解液中的阳离子形成双电层结构。

整个超级电容器相当于两个电容器串联。

循环性能好,比电容较低。

赝电容器:由于电解液中粒子与电极材料发生高度可逆的氧化还原反应,形成不稳定的产物,将能量储存起来。

在充电时,活性物质与电解液中的粒子在电极表面或者电极表面及内部发生高度可逆的化学吸附;在放电时则进行解吸附的过程。

循环性能差,比电容高。

○3超级电容器的电极材料[2]:(1)炭材料:活性炭、碳纳米管、石墨烯等。

主要用于双电层电容器,比容量较低,而且能量密度与功率密度也较低。

( 2 )过渡金属氧化物和导电聚合物,主要用于赝电容器,比容量与能量密度较高,导电性能和循环稳定性相对活性炭较差。

(3)改进材料:制备碳材料与金属氧化物或导电聚合物的复合材料,同时拥有比电容高和循环性能好的优点,如本实验中的三维石墨烯-Co3O4复合材料。

○4循环伏安法测试及其原理循环伏安法是指在工作电极和参比电极之间施加三角波扫描电压,记录工作电极上响应电流与施加电位之间的关系曲线,即循环伏安图。

从伏安图的波形、氧化还原电流的数值及其比值、峰电位等可以判断电极反应机理。

而在本实验中运用循环伏安法,在得到CV 曲线后首先可以从曲线的对称性分析得到样品的循环性能,之后可以通过曲线围成的面积计算样品的电容大小。

钴基尖晶石型氧化物材料的结构与电子结构研究

钴基尖晶石型氧化物材料的结构与电子结构研究

摘要近年来,Co基尖晶石氧化物材料在诸多领域得到了广泛的应用。

实验上通过掺杂、结构和形貌设计、引入氧空位等手段大大提升了Co基尖晶石材料的性能。

然而,实验上对于性能提升的机制,往往难以给出清晰的物理解释,因此需要从材料微观角度深入研究其结构和电子结构等性质。

本文采用第一性原理计算方法,研究了Co基尖晶石材料的原子结构与电子结构特性,系统分析了它们对宏观性质产生影响的作用机理。

主要结论包括以下几个方面:1)我们发现高温下MCo2O4(M=Ni、Co、Mn)在考虑构型熵的贡献时,反尖晶石构型比正尖晶石构型更稳定,并且具有更高的电子电导率。

在反尖晶石结构MnCo2O4和NiCo2O4中,Mn与Ni的3d电子态贡献了其费米能级附近的能态。

从晶体场理论的角度看,处于八面体场中的Mn与Ni二重简并的e g轨道发生较弱的劈裂,劈裂后能级相近的两个轨道分别作为导带与价带。

所以MnCo2O4和NiCo2O4具有较好的导电性。

并且我们发现F掺杂与O空位能进一步提升MnCo2O4的导电性。

2)我们研究了基态上最稳定的正尖晶石NiCo2O4,发现在NiO4四面体中发生了姜-泰勒畸变,从而导致NiCo2O4由立方相转变为四方相,电子结构由金属性转变为半导体性。

由于Ni-d xz、Ni-d yz与O-2p轨道存在共价键的相互作用,因此导致姜-泰勒畸变,并且释放出0.84 eV(每化学式)的能量。

3)从理论上证明了P掺杂Co3O4时更倾向于替换Co原子而不是O原子。

P 在富氧环境中更易作为电子施主,这和Co在Co3O4中失电子的属性一致,而和O得电子属性相矛盾,这导致P掺杂O位在热力学上不稳定,并且P掺杂能有效的提高电导率。

这一研究结果,和主流实验文献中提出的P替换Co位的机理不同。

关键词:超级电容器; 尖晶石结构; 第一性原理计算; 电子结构AbstractIn recent years, Co-based spinel materials have been widely used in many fields. Experimentalist can improve the performance of Co-based spinel materials through doping, designing structural morphology, and creating oxygen vacancies. However, it is difficult from experiment itself to give a clear explanation to the underlying mechanism behind the improved performance, and thus it is necessary to study the structural and electronic structures of these materials from atomic level. In this thesis, we have studied the atomic and electronic structures of the Co-based spinel materials from first-principles calculations, and analyzed the microscopic mechanism behind the macroscopic properties systematically. The main conclusions are summarized below:1) We found that the inverse spinel configurations of MCo2O4 (M = Ni、Co、Mn)at higher temperatures is more stable than the spinel configurations with better electronic conductivity when the contribution of configurational entropy is considered. In the inverse spinel structures MnCo2O4 and NiCo2O4, the 3d orbitals of Mn and Ni atoms contribute the main part of the states near the Fermi level. From the crystal field theory, the double degenerate e g orbitals of Mn and Ni split slightly under the octahedral crystal field, and the resulting two orbitals, whose energy level separation is small, exhibit as conduction and valence bands of the system. As a result, MnCo2O4 and NiCo2O4 have better conductivity comparing with Co3O4.It is also found that F doping and O vacancies can further improve the conductivity of MnCo2O4.2) We studied the stable spinel NiCo2O4, and found that Jahn-Teller (J-T) distortion in the NiO4 tetrahedron caused the transformation of NiCo2O4 from cubic phase to tetragonal phase, and the electronic structure changes from metallic to semiconducting. Due to the covalent bonding interaction between Ni-d xz, Ni-d yz, and O-2p orbits, J-T distortion results in the energy release of 0.84 eV (per chemical formula).3) From energetic point of view, it is demonstrated that P atoms prefer to replace Co atoms, rather than O atoms in the P-doped Co3O4. P atoms are likely to act as an electron donor in an oxygen-rich environment, which is consistent with the electron-loss characteristics of Co atoms in Co3O4. The electronic properties of P andO in the P-doped Co3O4 make P atoms at O-sites being thermodynamically unstable. These results propose new mechanisms on P-doped Co-based spinel materials.Key words: supercapacitors; spinel structures; first-principles calculation; electronic structure目录摘要 (I)Abstract (II)目录.......................................................................................................................... I V 第一章绪论.. (1)1.1引言 (1)1.2AB2O4型材料的应用 (1)1.3Co基AB2O4材料的研究现状 (2)1.4 Co基AB2O4型材料研究存在的问题 (3)1.5本论文的研究内容 (4)第二章第一性原理计算方法概述与晶体场理论基础 (5)2.1第一性原理简介 (5)2.1.1 Born-Oppenheimer近似——绝热近似 (6)2.1.2单电子近似 (7)2.1.3 Hohenberg-Kohn定理 (7)2.1.4 Kohn-Sham方程 (8)2.2晶体场理论 (8)第三章MCo2O4(M=Mn、Ni、Co)材料的结构及电子结构研究 (12)3.1计算方法与模拟 (13)3.2 MCo2O4(M=Mn、Ni、Co)的原子结构 (13)3.3 MCo2O4(M= Mn、Ni、Co)的电子结构 (16)3.4 F掺杂与O空位对MnCo2O4电子结构的影响 (18)3.5本章总结 (20)第四章尖晶石NiCo2O4材料中NiO4四面体的姜-泰勒效应 (22)4.1计算方法与模拟 (22)4.2 NiCo2O4的原子结构 (23)4.2 NiCo2O4的电子结构 (25)4.3本章总结 (28)第五章尖晶石结构Co3O4的P掺杂第一性原理计算 (30)5.1计算方法与模拟 (30)5.2 P掺杂Co3O4 (31)5.3 P掺杂Co3O4(100)(110)表面 (35)5.4本章小结 (38)结论与展望 (40)参考文献 (42)致谢 (46)钴基尖晶石型氧化物材料的结构与电子结构研究第一章绪论1.1引言尖晶石结构属于Fd3m空间群,按对称性分布,含有8a、16d、32e三种Wyckoff 位置。

Co3O4纳米线的制备及其在超级电容器中的应用

Co3O4纳米线的制备及其在超级电容器中的应用

重庆大学本科学生毕业设计(论文)Co3O4纳米线的制备及其在超级电容器中的应用学生:张占胜学号:********指导教师:肖鹏专业:应用物理学重庆大学物理学院二O一三年六月Graduation Design (Thesis) of Chongqing UniversityPreparation of Co3O4 nanowires and its application in super capacitorUndergraduate: Zhang ZhanshengSupervisor: Prof. Xiao PengMajor: Applied PhysicsPhysics CollegeChongqing UniversityJune 2013摘 要超级电容器可分为双层电容器和赝电容器,它具有如下优点:1.充电时间短2.使用寿命长3.温度特性好4.节约能源5.绿色环保.法拉第赝电容不但可以发生在电极表面,而且可以发生在整个电极内部发生,因此,赝电容可获得比双电层电容高的比电容和比能量.赝电容型超级电容器的电极材料包括金属氧化物与聚合物,金属氧化物作为正极材料包括2MnO ,52O V 等,导电聚合物材料包括如PPY 、PTH 、PAni 、PAS 、PFPT 等经P 型或N 型或P/N 型掺杂材料制取电极,以此制备的超级电容器目前多处于研究阶段,还远没有实现产业化生产,而Co 3O 4电极材料因为价格低廉,良好的电化学性能而受到广泛的关注.实验用水热法生成Co 3O 4电极,生成过程分为两个步骤,首先是在钛片上用电化学氧化腐蚀的办法形成tio2纳米管,然后再在做成的tio2纳米管基底上用水热法生成Co 3O 4材料,加热定型后将长满Co 3O 4材料的钛板作为最终样品,然后对生成的样品进行性能的测量,性能测量分为三部分,第一是测样品CV 图(循环伏安法),第二是测样品充放电性能(计时电位法),第三是测所做成的电容器对于交流电的阻抗(交流阻抗法)。

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四、电沉积法
电沉积法是指对含有钴离子的溶液进行恒电流 电沉积,在其阴极上能生成纳米级材料。这种方法 能通过改变电解液溶度和组成,电沉积温度和电沉 积电位来改变材料的组成和形貌,而且该方法也可 直接将目标材料生长到集流体上,省去了电极制备 过程。以氧化招纳米管列阵(AAO)为模版,通过对 氯化钴溶液进行电沉积,然后用浓碱液将模版去除, 最后锻烧得到生长在基底上的C03O4纳米管列阵, 其比电容达574F/g。以泡沫镍为基底,以硝酸钴溶 液为电解液,电沉积然后锻烧得到生长在基底上的 多孔C03O4纳米片列阵,其比电容达325 F/g。
六、溶剂热法
溶剂热法的原理类似于水热法,是以非水溶剂 (如乙醇,乙二醇,苯等)代替水作为溶剂,在密闭容 器内进行高温高压的反应方法。溶剂热法不仅具 有水热法的优点如材料纯度高,粒径小且分布均匀 等,而且使用沸点较高的非水溶剂能进一步提高反 应爸内的压力,形成新的合成反应。以聚乙稀啦略 烧酮(PVP)为模版剂,通过调节聚乙二醇与水的配 比,形成了 C03O4纳米结构的形貌可控,分别得到 一维的针状纳米棒结构,二维的叶状纳米片结构和 三维的椭圆状微米颗粒,其中一维的针状纳米棒结 构的比电容最大(111 F/g)。
超级电容器的简介
超级电容器作为一种新型的储能装置,其储存 电量的大小等于电容和电压的乘积。传统的静电 电容器Байду номын сангаас接到外电路,可迅速将储存的电荷放出; 而只要两电极间存在电压,静电电容器可迅速充电, 直达平衡,其充放电期间没有化学变化及相变,理 论上没有衰减。而超级电容器根据储能机理的不 同可以分为三类:双电层电容,赝电容和混合电容。
二、化学沉积法
沉淀法是指通过调节溶液中阴离子的种类和配 比,以形成钴盐沉淀,然后再锻烧结晶的一种方法。 该方法与传统的高温固相法原理上基本一致,但在 合成过程中,沉淀法不仅只考虑阴离子一种因素, 还将温度,PH值等其他因素加以考虑,同时在沉淀 过程中往往加入模版作为形貌控制剂。以沸石分 子筛为模版,通过向氯化钴溶液加入氨水调节PH值, 最后得到Co(OH)2纳米须-沸石分子蹄复合物,其容 量高达1492 F/g。
1、双电层电容的储能机理与传统电容器相同, 充放电过程是物理过程,电容来自于电子和 离子在电极/溶液界面的定向排布。 2、赝电容的充放电过程是法拉第过程,如欠 电位沉积,高度可逆化学吸附和氧化还原反应,
都涉及电极与电解液之间的电荷传输。 3、混合电容是双电层电容和赝电容的组合,法拉第 过程和物理过程的结合能让超级电容器同时具有 高的脉冲功率和可持续能量。
Co304纳米颗粒制备
9121116660114 李剑飞
• Co304超级电容
背景
近年来,气候变化,化石燃料的枯竭和世界人 口的急剧增长要求人类社会寻求无污染以及可再 生的新能源。同时,又由于太阳能和风能的不可持 续性以及人们对于电动汽车续航能力的期望,新型 储能系统开始在现代社会的生产生活中产生越来 越重要的作用,其中的最具有应用前景的是锂离子 电池和超级电容器。锂离子电池自1990年被Sony 公司开发出以来,通过Scrosati和Armand等的研究, 由于其优异的能量密度(可达180Wh/kg),得到巨大 的发展和广泛的应用。然而,锂离子电池的功率密 度较低,使用温度范围有限,而且在大电流密度的 充放过程会产生发热、爆炸等危险。
C03O4的制备方法
一、传统制备方法
C03O4的传统制备方法一般是高温固相反应法。目 前在冶金工业上,大多釆用先合成二价钴盐,然后高温分 解的方法。通常制备的二价钴盐有醋酸钴,草酸钴,碳酸 钴,碱式碳酸钴等。用硝酸将钴离子从钴矿中浸出,形成 PH值为4~5的确酸钴溶液。然后向溶液中加入一定量 NH4HCO3使得钴离子形成沉淀,其中控制n(C03)/n(Co2+)=2.4~2.60将沉淀滤出干燥,在300~450 °C下 锻烧,得到黑色的C03O4粉末。
超级电容的应用
C03O4超级电容器因为其较高的功率密度,较长 的循环寿命,被认为下一代储能设备的佼佼者之一。 四氧化三钴因为其高的理论容量(3560 F/g)和环 境友好性,已成为一种主要的电容器电极材料。
三、低温液相生长法
低温液相生长法是指将基底直接置入制备材料 的溶液中,然后利用溶液反应简单易行和对形貌高 度可控的优点将材料直接生长到基底上。此方法 不仅能控制微观形貌,同时省去了制备电极的繁琐 过程。以盐酸处理过的泡沫镍作为基底,然后将其 浸入摘酸钴,稍酸铵和氨水组成的前驱溶液 中,90°C下生长12 h,然后锻烧得到生长在基底上 的C03O4纳米线列阵,其比容量达746 F/g。Li等 [50]以ITO为基底,在硫酸钴,氨水,过硫酸钠组成 的前驱溶液中室温下生长2h,生成生长在基底上的 微米级C03O4球状颗粒,其比容量达227 F/g。
五、水热法
水热法是指在密闭容器内,在高温高压下,以水, 水溶液和蒸汽等流体为介质进行化学反应。在水 热反应中,水既可以作为溶剂,也可以作为氧化剂 或还原剂参加反应,还作为压力传递介质。水热法 制备的材料纯度高,粒径小且分布均匀,而且形貌 也易于通过改变条件来控制。 如:以尿素为形貌剂,105°C下水热后煅烧合 成多孔C03O4纳米棒,其比电容为280 F/g;以赖氨 酸为形貌剂,100 °C下水热合成海胆状的Co(OH)2 纳米结构,其比电容达421 F/g;以Triton X-100 为模版剂,120 °C水热合成多孔层状平行排列的 C03O4纳米结构,其比电容达604 F/g。
超级电容器
超级电容器能在数秒至数分钟内完成完全充放 过程,当然,超级电容器的能量密度相对较低(5 Wh/kg),所以超级电容器在储能领域的实际应用中 可作为动力锂离子电池组的补充以来满足高功率 输出的需求和延长电池组的使用寿命。最新的 A380客机的紧急逃生门开始使用超级电容器作为 动力装置,这证明安全可靠的超级电容器已经完全 能够被大规模应用于工业界。又例如,Testa电动 汽车中,已将超级电容器应用于加速系统,制动系 统中。一份最新的报告表明,美国能源部将超级电 容器和电池在未来储能系统看作同等重要的两个 部分。
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