NiCo2O4和NiCo2O4-CNTs復合膜電極的制備及電化學性能的研究.pdf

1、電極材料是制約超級電容器電化學性能的關鍵因素，制備容量高、穩(wěn)定好、價格低廉和環(huán)保的電極材料是促進電容器實際應用和發(fā)展的首要目標。二元氧化物鈷酸鎳(NiCo2O4)，因其環(huán)境友好、資源豐富、價格低廉和其結構、形貌多樣性等特點，成為作為能量存儲系統(tǒng)中電極材料研究的新熱。
　　在本文中，首先通過三嵌段共聚物——P123作為生長調控劑，研究了P123濃度以及反應條件對NiCo2O4形貌以及電化學性能的影響。實驗發(fā)現(xiàn)不同P123濃度對NiC

2、o2O4的形貌的影響很大，其中在水浴條件下，P123濃度為5％時得到了近似透明的圓形納米片，在1A/g電流密度下電容值可達623F/g，當電流密度增至10A/g時，容量保持率為60％;而當在水熱條件下，晶體生長能力增強，P123對NiCo2O4的生長調控與反應條件對NiCo2O4晶體生長的調控二者之間存在競爭作用，此時不添加P123得到的海膽狀的NiCo2O4電化學性能最好，在1A/g電流密度下電容值可達740F/g，當電流密度增至10

3、A/g時，容量保持率為59％。
　　其次，為了改善NiCo2O4電極材料的倍率特性，同時免去傳統(tǒng)電極制備過程中添加的粘結劑，本實驗通過化學浴沉積然后燒結的方法將連續(xù)自支撐碳管膜與NiCo2O4復合制備NiCo2O4/CNT自支撐膜電極。實驗得到的核殼結構的NiCo2O4/CNT納米結構復合膜保持了以CVD法紡出的連續(xù)碳管膜的柔性、多孔的特點，極大提高了NiCo2O4的導電性，并且，碳管的加入還有效防止了NiCo2O4之間的團聚。實

4、驗還發(fā)現(xiàn)，碳管負載量和碳管酸處理時間對復合材料的結構和性能都有影響。通過掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)可以觀察到復合結構中保留了原碳管膜的3D網(wǎng)絡結構，并且在最佳的NiCo2O4/CNT復合結構中，每根碳管上都被粒徑僅5nm的球形NiCo2O4納米顆粒均勻且單層包覆。該復合結構在三電極測試系統(tǒng)1A/g電流密度下電容值可高達828F/g，在20A/g高電流密度下，電容值仍然能夠保持近80％，展現(xiàn)出了良好的倍率特性;甚至

5、該復合材料在5A/g大電流密度下循環(huán)3000圈之后，容量保持率超過99％，展現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。另外為了進一步評估NiCo2O4/CNTs自支撐膜電極實際的應用，實驗以NiCo2O4/CNTs和商用活性炭分別作為正負極制備非對稱型超級電容器(NiCo2O4/CNTs//AC)，并從二電極體系測試結果可知，當NiCo2O4/CNTs//AC能量密度為28.58Wh/kg時，功率密度為0.7kW/kg，當能量密度為14.18Wh/kg時