项目名称: 三维石墨烯/CoxNi1-xMoOyNz复合电极材料的可控合成与电容特性研究

项目编号: No.21473052

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 许志

作者单位: 湖南大学

项目金额: 95万元

中文摘要: 超级电容器因功率密度高、充放电快、寿命长、安全可靠等优点而被广泛研究。但在实际应用中受制于其低能量密度。多元金属氮氧化物具有较高能量密度及高导电率,而三维石墨烯在电化学反应中提供电子高速路。为此,本项目将通过水热法、原子层沉积、真空溅射、原位还原等在三维石墨烯上可控合成具有特定形貌介孔结构的多元金属氧化物CoxNi1-xMoOy 纳米材料,原位转化制备高结晶性的三维石墨烯/CoxNi1-xMoOyNz复合材料作为电极材料,研究其生长机理和新材料与石墨烯基底的键合机制;研究新型电极材料的电化学性能,阐明材料的组分、结构、形貌、比表面积、导电性等对其比容量与循环寿命,进而对器件的能量密度、功率密度及循环寿命的影响,原位探索新型复合材料在充放电过程中表面氧化还原反应的机理;研发以新型纳米材料为电极的柔性、高能量密度超级电容器。

中文关键词: 纳米复合材料;石墨烯;超级电容器;电化学性能;反应机理

英文摘要: Supercapacitors are widely studied due to their superior properties, such as high power density, fast charge-discharge rate, large number of cycle times, safety and environmental benignity. However, their practical applications are still limited by lower energy density. Mutiple-component metal nitrides have relative high energy density and high conductivity. At the same time, three-dimensional graphene could provide electron freeway during electro-chemcial reactions. Currently, the synthesis and application of three-dimensional graphene based multiple-component metal nitride composites as electrodes for supercapacitors have not been reported worldwide. The study is to aim at this approach, including: 1) to first controllably synthesize multiple-component metal-oxide CoxNi1-xMoO4 nanomaterials, with desired morphology and mesoporous structure on top of three-dimensional graphene framework via hydrothermal, atomic layer deposition(ALD)、in-situ conversion and physical vapor deposition (PVD) methods; 2)then to in-situ convert CoxNi1-xMoO4 to high crystalline 3D graphene/CoxNi1-xMoOyNz nanomaterials; 3) to use this new composite as electrode for supercapacitor to study the growth mechanism, the bonding structure of this nanomaterial to 3D graphene scaffold; 4) to study the electro-chemical properties of the new supercapacitor and to explain the influence of composition, structure, morphology, specific area, conductivity to the value of specific capacity and their impacts to the energy density、 power density、life time and safety for the supercapacitor device ; 5) to in-situ study the mechanism of the redox reactions on the surface of the new composite during charge, discharge processes; 6) to develop large-size flexible and high energy density supercapacitor with 3D graphen/CoxNi1-xMoOyNz nanomaterials as electrode.

英文关键词: composite nano materials;graphene;supercapacitor;electro-chemical property;reaction mechanism

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