钴基碳复合材料在水性电池电容体系的应用开题报告

全文总字数：5822字

1. 研究目的与意义（文献综述）

伴随着经济和社会的高速发展，对能源的需求也日益迫切。但长期粗放性掠夺式的开发，造成了传统能源的日益枯竭。而新兴能源则存在着诸多问题，如成本高昂、程序复杂等，因此研发绿色环保高效率的新型储能装置，成为社会发展迫切的需要。而超级电容器拥有着新型储能装所拥有的很多优点，成为了人们研究的一个热点。它能满足人们对于高功率、长使用寿命等要求的需要，几乎被应用于各个领域。

超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其容量可达几百至上千法。与传统电容器相比，它具有较大的容量、比能量或能量密度，较宽的工作温度范围;而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率和极长的使用寿命，且对环境无污染。超级电容器有两种不同的存储机制，即双电层电容器（edlcs）和赝电容器。edlcs具有高导电性、高化学稳定性、高功率密度和低成本等特点。高比表面积是碳材料的另一个优点，它提供了更多的反应位点和较短的离子扩散路径。活性炭、碳纳米管和石墨烯是制备edlcs电极的常用材料。碳纳米管是一种常用的碳材料，在锂电池和超级电容器等领域有着广泛的应用。碳纳米管具有比表面积大、化学稳定性好、耐高温、导电性好等特点，但由于碳材料的特性，edlcs面临着诸多挑战。其中一个挑战是相对较低的比电容，这进一步限制了其性能和潜在的应用。赝电容器主要由金属氧化物组成，如ruo2、mno2、nio、v2o5、co3o4、fe2o3、氮化钒等。赝电容材料具有制备简单、形貌多样、应用范围广、电化学性能优良、理论比电容高等特点。尽管赝电容材料具有很高的理论电容，但它也面临着挑战。研究人员面临的主要障碍之一是材料在充放电过程中由于电解液的腐蚀和氧化还原过程中形貌的不稳定性而导致的降解。这进一步导致循环性能差和不可逆电容损耗。此外，赝电容材料的导电性差导致低功率密度。edlcs和赝电容器的性能都受到各自不同挑战的限制。为了克服这些材料的缺陷，优化其独特的优势，引入了混合超级电容器。杂化结构旨在通过掺入赝电容性金属氧化物使比电容最大化，并通过碳基材料增强功率和循环稳定性相关性能，从而产生先进的电化学性能。混合超级电容器通常表现出比表面积更大、比电容更高、循环性能更高以及比edlcs或赝电容器更优越的电化学性能。氢氧化钴因其具有2200f/g的理论电容和较大的层间距而备受关注。这种性质导致了大的比表面积、短的扩散路径和快速的离子输运，从而总体上增强了法拉第反应的动力学。杂化超级电容器因其在性能改善方面的成功而受到广泛关注，采用超声喷涂法和低温水热合成法沉积co（oh）₂来制备的cnts/co（oh）₂杂化结构提高了超级电容器的比电容，改善了超级电容器电极的性能。在氢氧化钴浓度为0.05m，水热反应时间为120m in的条件下，在3m koh电解液中，扫描速度为20mvs^-1时的最大比电容为1154.01f/g。

储能主要来源于电极材料与电解质溶液界面上的电子电荷和离子电荷的分离，超级电容器电极材料有碳、金属氧化物和聚合物三种类型。在这些金属氧化物中，park等人报告的电沉积ruo2薄膜显示了比电容788f/g。liu等人报道了co₃o₄和coox由于其插层赝电容特性而成为超级电容器电极材料的前景。lin等人使用在1508度下煅烧的coox 气凝胶获得了291f/g的最大电容。srinivasan和weidner报告了用作正极的co₃o₄膜表现出类似电容的行为，wang等人报告了co（oh）₂电极显示出约280f/g的单电极电容。钴氧化物电极具有良好的效率和长期性能，良好的腐蚀稳定性。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

查阅文献，对钴基碳复合材料（含钴或钴基氧化物）作为活性物质的电极，在水性电容或电池体系中的应用，如容量、库仑效率和循环稳定性等电化学特性，进行综述。

3. 研究计划与安排

第1周：了解论文题目，认识所需完成的主要内容和任务；搜集相关学术期刊、论文、文稿、专利、教材等资料，阅读后进行总结，对论题形成一个初步的系统性的认识。

第2-3 周：完成毕业论文开题报告，确定具体步骤。

第4-7周：查阅文献，了解钴基碳复合材料（含钴或钴基氧化物）作为活性物质的电极，在水性电容或电池体系中的应用。

4. 参考文献（12篇以上）

1. 2007 electrochemical characterization on cobalt sulfide for electrochemical supercapacitorswaters, c. m., bassler, b. l. (2005). quorum sensing: cell-to-cell communication in bacteria. annu rev cell dev biol, 21(21), 319-346.

2. electrochimicaacta 2012 preparation of metallic cobalt–graphene composites with enhanced electrochemical activitykoch, g., nadaljimenez, p., cool, r. h., quax, w. j. (2014). deinococcus radiodurans can interfere with quorum sensing by producing an ahl-acylase and an ahl-lactonase. fems microbiology letters, 356(1), 62-70.

3. 2015eahierarchical structures of nicke cobalt-based nanosheets and ironamara, n., krom, b. p., kaufmann, g. f., meijler, m. m. (2011). macromolecular inhibition of quorum sensing: enzymes, antibodies, and beyond. chemical reviews, 111(1), 195-208.

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