论文总字数：18291字

摘 要

当今社会，我们不仅面临着化石能源的日益枯竭，还面临着气候变暖和严重的雾霾天气等环境问题，所以开发新的能量储存设备是迫切需要解决的问题。而由于超级电容器所具备的能够实现快速的充放电和具有高的功率密度等优点，当仁不让的成为对环保要求甚高的当今社会首选的储能装置。

本次实验主要是运用水热法在泡沫镍上生长纳米线，在论文中叙述了水热法制备出的过程，展现了一种简便高效的方法，然后以之为电极组装成了超级电容器。在对材料的表征方面，先是用能谱仪对Co、Ni、O等元素进行了分析，然后并运用了扫描电镜法（SEM）在不同倍率下观察生成的纳米线，接着又用了透射电子显微镜法和X射线衍射法( XRD)对实验生成的样品进行了分析。最后，还用了一些方法对样品的电化学特性进行了研究。

从实验结果可以推断出，把在纳米线应用在超级电容器的电极材料中有很好的电化学性能，同时还有较好的循环稳定性。这次的实验为将来能源储存器件的设备配置提供了一种可能。

关键词：超级电容器 水热法

Hydrothermal preparation of nanowire and the application of supercapacitor

Abstract

In today's society，we are not only facing the problems of growing depletion of fossil fuels, but also facing the environmental problems such as climate warming and severe fog and haze.Therefore,the development of new energy storage devices is an urgent problem.And supercapacitor have become the preferred energy storage device because they have the advantages of fast charging and discharging performance and high power density.

This experiment we proposed a rational design of nanowire arrays on Ni foam by hydrothermal processing.And the process of hydrothermal synthesis is described in this paper,which shows a simple and efficient method.After that we assembled into a supercapacitor.In terms of characterization of materials,we analyzed the elements by energy spectrometer,such as Co, Ni and O.Then,we also analysed the application of supercapacitor by X-ray diffraction method(XRD)、field emission scanning electron microscope(SEM)、transmission electron micrograph(TEM) and so on.

It can be deduced that the application ofnanowire has good electrochemical performance and good cyclical stability.And this experiment provides a possibility for future energy storage devices.

Key words:Supercapacitor, Hydrothermal preparation,

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1储能机理和结构 1

1.1.1储能机理 1

1.1.2结构 1

1.2 超级电容器的分类 4

1.2.1双电层电容器 4

1.2.2赝电容电容器 5

1.2.3混合型电容器 5

1.3 超级电容器的应用 6

1.3.1在交通工具中的应用 6

1.3.2在UPS系统和备用电源中的应用 6

1.3.3在军事方面的应用 7

第二章 过渡金属氧化物电极 8

2.1概述 8

2.2的制备方法 10

第三章 实验过程与结果 11

3.1材料的合成 11

3.2超级电容器的制造 12

3.3电化学测试 12

3.4结果分析 13

3.4.1元素的EDS图像 13

3.4.3透射电子显微镜 17

3.4.4 X射线衍射分析 19

3.4.5电化学测量 20

3.5结论 22

感谢 24

参考文献 25

第一章 绪论

1.1储能机理和结构

1.1.1储能机理

当我们以储能原理为分类的标准的时候，主要由两种电容器，那就是双电层电容和法拉第准电容或者说是法拉第赝电容。在这两类中，前者的电极材料是碳基电极材料，后者的电极材料基本上是金属的氧化物或者是导电聚合物材料。

双电层电容能够成立的原理是基于界面双电层理论，我们把电极在理想的状态下放到电解质里面，然后在其表面就会与电解液之间出现电荷。而能够产生电位差的原因就是因为这些过剩电荷是电性相反的。故而若是在它们二者中间加入一个电压，如果这个电压是小于分解电压的，那么就会形成双电层。相应的，也就会形成双电层电容器。

准电容（赝电容）是1991年由B.E.conway提出的，在通常的情况下，法拉第赝电容的容量会比双电层容量高一个乃至几个的数量级。以金属氧化物为电极材料时，除去一些双电层电容，剩下的电容主要都是法拉第赝电容。整个电化学进程有吸附性准电容和氧化还原准电容。而一些以导电聚合物为电极材料的超级电容器，法拉第赝电容占据电容的大多数，为数不多剩下的是来自双电层电容。

1.1.2结构

和单体电池差不多，电化学电容器一般是由下面将要叙述的几个部分组装而成的。通常情况下，我们会把一些超级电容器合并成为电容器组再加以使用。

1.电极

身为储能元件，电化学电容器的功用主要依赖的是构成电极的材料。比较性能好还是坏的重要的两点是能量密度和功率密度,而同时这两点也跟电极材料的关系很近。由此我们可以看出研发出性能良好的电极材料是制备高性能电容器的中心所在。而目前对超级电容器的研究大多也恰恰是集中在寻找开发性能好的电极材料上面。在科研工作者经常使用的电极材料之中，碳基材料的应用跟其余的相比较的话，算是较为司空见惯的。它主要是被大家应用在双电层电容器中。同时，导电聚合物电极材料也是现今受到研究者的重点关注的电极材料。过渡金属氧化物或者金属的氢氧化物的应用前景很好，它之所以能够把能量储存起来，主要是因为发生了氧化还原反应，它也是科研工作者这这个领域内的一个焦点。

科研工作者目前制备超级电容器的电极材料主要的途径有共沉淀、溶胶-凝胶、溶剂热等途径[40]。

请支付后下载全文，论文总字数：18291字