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本書(shū)以開(kāi)發(fā)錳/鈷/鎳基金屬氧化物、硫化物和磷化物高效儲(chǔ)能材料為主題，系統(tǒng)概述了各類(lèi)儲(chǔ)能電極材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用與研究進(jìn)展，并詳細(xì)介紹了作者近些年在超級(jí)電容器電極材料研究方面的代表性工作，具體涵蓋了錳/鈷/鎳基金屬氧化物、硫化物和磷化物材料的合成、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系以及在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。本書(shū)可供從事超級(jí)電容器儲(chǔ)能方面的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員、高校涉及新能源專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生參考學(xué)習(xí)。

本書(shū)以開(kāi)發(fā)錳、鈷和鎳基金屬氧化物、硫化物和磷化物高效儲(chǔ)能材料為主題，簡(jiǎn)要介紹了目前超級(jí)電容器電極材料的研究現(xiàn)狀和儲(chǔ)能機(jī)制，系統(tǒng)介紹了錳、鈷和鎳基金屬氧化物、硫化物和磷化物儲(chǔ)能材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用與研究進(jìn)展，重點(diǎn)對(duì)石墨烯/無(wú)定形 -MnO2 復(fù)合材料，分級(jí) -MnO2納米片電極材料，氧化鈷納米材料，鈷酸鎳納米電極材料，鈷鎳雙金屬氧化物，鈷鎳雙金屬磷硫化物，鈷鎳雙金屬硫化物和鈷鎳雙金屬磷化物納米材料的制備，結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系以及電極儲(chǔ)能性能及器件性能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，希望可以為讀者提供更多的借鑒和參考。

隨著全球?qū)沙掷m(xù)能源發(fā)展的日益關(guān)注，能源儲(chǔ)存技術(shù)在能源高效利用方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能技術(shù)，具有功率高、免維護(hù)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)異性能，成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。而電極材料作為超級(jí)電容器的核心組成部分，其性能的優(yōu)劣直接決定了超級(jí)電容器的儲(chǔ)能性能。
根據(jù)儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)化機(jī)理，現(xiàn)有電極材料可分為三類(lèi)：雙電層電容材料、贗電容或電池型材料以及由雙電層電容材料和活性材料組成的復(fù)合材料。與雙電層電容材料的高倍率能力和循環(huán)穩(wěn)定性相比，贗電容或電池型電極材料，包括各種導(dǎo)電聚合物、過(guò)渡金屬氫氧化物、氧化物、硫化物、氮化物和磷化物，具有較高的比容量和能量密度。近年來(lái)，錳/鈷/鎳基金屬氧化物、硫化物和磷化物儲(chǔ)能材料因其具有高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、低內(nèi)阻等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為超級(jí)電容器電極材料的研究熱點(diǎn)。然而，該類(lèi)材料在制備、改性、應(yīng)用等方面仍存在諸多挑戰(zhàn)和問(wèn)題，亟待深入研究和探討。
筆者從2011年始在吉林大學(xué)新型電池物理與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事超級(jí)電容器儲(chǔ)能技術(shù)研究，十多年來(lái)一直從事錳/鈷/鎳基電極材料的制備、結(jié)構(gòu)表征與性能研究，取得了一些創(chuàng)新性的研究成果，希望能夠?qū)⒆约涸谶@方面的工作成果和經(jīng)驗(yàn)體會(huì)總結(jié)出來(lái)，為從事超級(jí)電容器研究的學(xué)者和同行提供有益的參考和指導(dǎo)，進(jìn)而推動(dòng)錳/鈷/鎳基電極材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。
本書(shū)基于筆者的科研成果及國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究進(jìn)展撰寫(xiě)而成，以開(kāi)發(fā)錳/鈷/鎳基金屬氧化物、硫化物和磷化物高效儲(chǔ)能材料為主題，簡(jiǎn)要介紹了目前超級(jí)電容器電極材料的研究現(xiàn)狀和儲(chǔ)能機(jī)制，系統(tǒng)介紹了錳/鈷/鎳基金屬氧化物、硫化物和磷化物儲(chǔ)能材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用與研究進(jìn)展，重點(diǎn)對(duì)石墨烯/無(wú)定形-MnO2復(fù)合材料、分級(jí)-MnO2納米片電極材料、氧化鈷納米材料、鈷酸鎳納米電極材料、鈷鎳雙金屬氧化物、鈷鎳雙金屬磷硫化物、鈷鎳雙金屬硫化物和鈷鎳雙金屬磷化物納米材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系以及電極儲(chǔ)能性能及器件性能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，希望可以為讀者提供更多的借鑒和參考。
本書(shū)得到了山西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20210302124491，20210302123341）、山西省高等學(xué)校科技創(chuàng)新項(xiàng)目（201802097，2019L0745）、大同市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2023003）和山西大同大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（2016-B-14，2016-B-20）等的資助，也得到了山西大同大學(xué)煤基生態(tài)碳匯技術(shù)工程研究中心等科研平臺(tái)的大力支持。
衷心感謝我的導(dǎo)師紀(jì)媛教授，在科研過(guò)程中她給予了我無(wú)私的指導(dǎo)和幫助，為我提供了寶貴的學(xué)術(shù)資源和建議，這為本書(shū)的形成起到?jīng)Q定性的作用。同時(shí)，蔣尚副教授為本書(shū)的完成給予了極大的鼓勵(lì)和支持。研究生何文秀、毛苗苗、龐敏、張如霞、宋兆陽(yáng)、武志宇和焦玉琳等人在相關(guān)文獻(xiàn)資料的整理和文字編排方面作出了很大貢獻(xiàn)，這些工作為本書(shū)主要內(nèi)容的形成奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，本書(shū)的編寫(xiě)得到了化學(xué)工業(yè)出版社的大力支持。在此一并致以衷心的感謝。
盡管我們已經(jīng)盡力確保本書(shū)內(nèi)容的準(zhǔn)確性和完整性，但是由于水平所限，書(shū)中不當(dāng)之處在所難免。歡迎讀者提出寶貴的意見(jiàn)和建議，以便我們不斷改進(jìn)和完善。

龐明俊
2024年6月

龐明俊，博士，山西大同大學(xué)煤基生態(tài)碳匯技術(shù)工程研究中心，主要從事超級(jí)電容器電極材料的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用研究。曾參與國(guó)家國(guó)際科技合作專(zhuān)項(xiàng)有機(jī)系超級(jí)電容制備技術(shù)的引進(jìn)與開(kāi)發(fā)（2014DFR61140），吉林省工信廳新能源汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)一汽插電式混合動(dòng)力客車(chē)復(fù)合電源研究開(kāi)發(fā)（A08-BK-2013），參與了課題高比容量活性炭材料的研發(fā)，集流體表面改性技術(shù)的研究，在超級(jí)電容器的電極材料的設(shè)計(jì)與合成方面已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。2011年至今，一直在錳、鈷和鎳基金屬氧化物、硫化物和磷化物的制備及儲(chǔ)能應(yīng)用方面進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究，同時(shí)，也進(jìn)行了超級(jí)電容器器件性能研究。

第1章 緒論 001
1.1 引言 001
1.2 超級(jí)電容器簡(jiǎn)介 002
1.2.1 超級(jí)電容器的優(yōu)缺點(diǎn)及常見(jiàn)的單體 002
1.2.2 超級(jí)電容器的組成 005
1.2.3 超級(jí)電容器的儲(chǔ)能原理 007
1.3 超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能測(cè)試 010
1.3.1 比容量 010
1.3.2 倍率 014
1.3.3 能量密度和功率密度 014
1.3.4 循環(huán)性能 015
1.3.5 內(nèi)阻 015
1.4 超級(jí)電容器電極材料 017
1.4.1 碳基材料 017
1.4.2 導(dǎo)電聚合物材料 018
1.4.3 過(guò)渡金屬氧化物及其衍生物電極材料 019
1.5 材料表征設(shè)備 033
參考文獻(xiàn) 034

第2章 石墨烯/無(wú)定形-MnO2復(fù)合電極材料 045
2.1 引言 045
2.2 電極材料的制備 046
2.2.1 石墨烯（GNS）的合成 046
2.2.2 GNS/-MnO2復(fù)合材料共沉淀合成 047
2.3 電極片的制備 047
2.4 材料的表征 048
2.4.1 晶相結(jié)構(gòu)表征 048
2.4.2 形貌表征 049
2.5 電化學(xué)性能測(cè)試 054
參考文獻(xiàn) 058

第3章 分級(jí)-MnO2納米片 062
3.1 引言 062
3.2 -MnO2納米片的原位生長(zhǎng) 063
3.3 反應(yīng)溫度對(duì)MnNF電極材料生長(zhǎng)的影響 064
3.4 MnNF電極材料的生長(zhǎng)機(jī)理 066
3.5 MnNF電極材料的結(jié)構(gòu)表征 067
3.6 MnNF電極電化學(xué)性能測(cè)試 070
3.6.1 循環(huán)伏安測(cè)試 070
3.6.2 恒流充放電測(cè)試 072
3.6.3 電化學(xué)阻抗測(cè)試 073
參考文獻(xiàn) 075

第4章 CoO/Co3O4納米復(fù)合材料 078
4.1 引言 078
4.2 CoO/Co3O4復(fù)合材料的制備 079
4.3 CoO/Co3O4復(fù)合材料的表征 079
4.3.1 晶相結(jié)構(gòu)表征 079
4.3.2 形貌表征 081
4.4 CoO/Co3O4電極材料的電化學(xué)性能測(cè)試 085
4.4.1 三電極體系測(cè)試 085
4.4.2 兩電極體系測(cè)試 091
參考文獻(xiàn) 093

第5章 高比表面積的介孔NiCo2O4納米球 097
5.1 引言 097
5.2 NiCo2O4納米球的典型合成方法 099
5.3 NiCo2O4納米材料的表征 099
5.4 NiCo2O4納米材料的電化學(xué)性能測(cè)試 104
5.4.1 三電極體系測(cè)試 104
5.4.2 非對(duì)稱(chēng)電容器性能 109
參考文獻(xiàn) 113

第6章 磷硫化鈷鎳雙金屬納米材料 116
6.1 引言 116
6.2 材料制備 118
6.2.1 CoNi-OH納米前驅(qū)體的制備 118
6.2.2 S-P-CoxNiy納米材料電極的制備 119
6.2.3 S-P-CoxNiy||活性炭非對(duì)稱(chēng)電容器的組裝 119
6.3 S-P-CoxNiy納米材料的表征 121
6.4 S-P-CoxNiy納米材料儲(chǔ)能性能 127
6.4.1 三電極體系測(cè)試 127
6.4.2 非對(duì)稱(chēng)電容器性能 137
參考文獻(xiàn) 142