超级电容器钴-碳复合电极材料的研究

超级电容器因为具备充放电速率快、功率密度高、循环寿命长、稳定性高、对环境污染小等优点，受到了全球科学家的广泛关注，是公认的一种新型优异储能元件，其性能主要由电极材料及电解质溶液所决定。如何提高电极材料的比电容值和实用性，是目前人们为获得更高性能超级电容器所研究的重点之一。
本课题将沸石咪唑结构材料ZIF-67（一种金属有机骨架材料）与金属钴复合后的材料做为模板和碳前体，直接碳化制备出钴-多孔碳复合电极材料，并对其微观形貌和电化学性能进行表征。基于Co@ZIF-67的钴-多孔碳复合材料，主要提高了多孔碳的导电性，并通过多种机理作用最终获得了高于普通多孔碳的比电容值。试验中我们使用一种非常简单的方法，在不破坏ZIF-67原本结构的基础上成功的嵌入了钴粒子，接着直接在氩气流保护下不同温度（500度至1000度）碳化，获得钴-多孔碳复合材料。对所有样品进行了XRD表征、循环伏安和恒流充放电电化学测试。结果显示当碳化温度达到700度及以上时，复合材料中出现明显的金属钴晶体，其在电化学测试中展现了与钴的氧化还原反应相对应的赝电容效应，其与多孔碳的双电层电容效应协同作用，极大的提高了复合材料电容性能。最终获得了1000度碳化条件下的样品在100mA g-1电流密度下，高达 511.451F g-1 的比电容。
关键词：超级电容器；电极材料；钴；多孔碳；复合材料

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