③电解电容器的阳极和超级电容器的阴极。混合型超级电容器有它们两个单独优点。
(1)、(2)分别是超级电容器装置示意图和超级电容器充放电示意图
1.3四氧化三钴超级电容器
1.3.1 四氧化三钴超级电容器的进展
Co3O4常态下是粉末状态,颜色是黑色或者灰黑色,它的相对分子量是240.79,密度 在6.0到 6.2g∙cm-3,理论钴氧比是 2.76。一般来说,Co3O4不溶于水、盐酸和硝酸,但在加热条件下能够缓慢地溶解在硫酸溶液中[4]。Co3O4在不高于 800℃的空气条件下都是比较稳定的。 它是一种有典型特征的过渡金属氧化物,它的价格便宜、矿藏也比较充足、安全性比较好,是一种发展潜力很好的超级电容器材料。但是,由于氧化物电极材料通常不能轻易的被电解液充分润湿,并且它的导电性也不是很好,所以极大影响了它在电化学反应过程中的利用率。通过资料显示,碳纤维、碳纳米管、石墨烯这些材料都可以有效的提高 Co3O4的导电性能,使让电解液和 Co3O4更好的接触。论文网
近年,理论容量高、价格便宜而且来源还比较充足的过渡金属氧化物,被普遍用于锂离子电池的负极材料研究。特别是,一氧化钴拥有锂离子存储容量高,成为了众人研究的焦点。Co3O4当下取代了氧化钌,在超级电容器电极材料的研讨中备受关注。在这些研究中,许多都拥有了许多成果。所以说,四氧化三钴跟其他材料相比更具有优势,未来的发展还是一片光明的。
1.3.2 制备方法
(1) 固相法
固相法也叫作固相反应法,它的原料是钴的其它化合物,通过在固相条件下与碱性化合物发生反应,从而得到前驱体,再通过煅烧的方法获得四氧化三钴成品。比如说庄稼等在论文中,先用硝酸钴和碳酸氢铵发生固相反应,得到碱式碳酸钴,然后对碱式碳酸钴煅烧,最后得到了需要的四氧化三钴粉体。
(2) 水(溶剂)热法
水热法就是把我们实验的原材料倒在反应釜中,利用需要的溶剂,密封好,然后把它加热到实验需要的温度,让实验充分反应。一般化学反应在高温高压的条件下比一般条件下反应更快,这样我们就可以直接得到所需要的四氧化三钴的产品。另外先制备出前驱体,对其煅烧也是可以获得四氧化三钴产物的。比如Sumanta等就是采用水热法先制取碱式碳酸钴前驱体,然后对其加热再煅烧制作了超分层的纳米四氧化三钴[6]。而胡建强等采用的是水热和溶剂热的方法获得了纳米颗粒的四氧化三钴。
(3) 电沉积法
电沉积法的应用也有很多,如果我们需要薄膜四氧化三钴就可以采用这个方法来制取,此外我们可以通过改变参数,来制取需要厚度的物品。所以这个方法可以使四氧化三钴产品厚度更加均匀更好控制。科学家们选择了沉积的方法,顺利合成了多个有孔状构造的Co3O4薄膜。
(4) 液相生长法
液相生长法也就是低温液相生长法,它是找到基底材料,在基底材料上对Co3O4进行液相生长。它的可控性高,操作流程也不复杂,对大规模生产而言是一种很好的方法。Gao 等在泡沫镍上就采用了液相低温生长的方法,也成功得到了纳米线状的四氧化三钴。
1.3.3 改性
在超级电容器电极材料的相关研讨中,金属氧化物的研究是比较多的。在这之中发展比较早的是氧化钌,它常被用作制作电阻和电容器等等。氧化钌具有比电容大,工作稳定等优点。但是就报道来看,通过不同方法制备的氧化钌超级电容器的性能差别非常大,而且金属钌是贵金属,价格比较贵,所以不能广泛的应用在工业等方向,这限制了它的大规模发展。目前它主要是在军事、航天等领域有一些应用,而且氧化钌是不环保的,大规模的使用它不够环保会产生污染,这也是它不能广泛发展的一个重要原因。