co3o4超级电容课件

9121116660114李剑飞Co304纳米颗粒制备Co304超级电容应运而生背景

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。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。传统的静电电容器连接到外电路,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。

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。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。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1492F/g。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325F/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(111F/g)。运输行业

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

汽车领域为电机启动提供强大启动力距吸收马达制动过程中能量保护蓄电池过放电，延长使用寿命提高电动机车性能如加速，制动等超级电容能在短时间内提供和吸收大的功率