基于氧化鎳微納結(jié)構(gòu)材料的合成及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來，隨著現(xiàn)代社會和全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，在能源制造成本不斷上漲和石油天然氣儲備量日益下降的當下，整個世界正在面臨著一個關(guān)鍵的能源問題，為了應(yīng)對能源供應(yīng)枯竭這個問題，人們在研究可替代的能源存儲/轉(zhuǎn)換設(shè)備上付出了相當大的努力，多種樣式的存電裝置之內(nèi)，超級電容器被普遍研究并被認為是最具發(fā)展前景綠色潔凈存能器件，并在過去的十年里發(fā)展迅速，超級電容器由于其功率密度高、不錯的耐久性、快速充電功能、相對長的循環(huán)使用壽命和安全性等特點，在電氣、航空航

2、天、移動信息、國防科技、軍事設(shè)備、存儲備份等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。通常按底層存儲機理能把超級電容器劃分兩類，分別是雙電層和贗電容電容器，其中贗電容型的比容量比起雙電層型的通常要高，是因為電活性材料形成的贗電容具有多個氧化態(tài)并且通過發(fā)生在電極表面上的氧化還原反應(yīng)來進行能量儲存，所以超級電容器的表現(xiàn)如何是依賴于電極材料的選擇和結(jié)構(gòu)。與雙電層型相比，具有更高比電容量的贗電容型電容器在儲能領(lǐng)域得到了很大的關(guān)注，在各種各樣的贗電容電極材料中，氧化鎳

3、材料由于其高的理論電容值、良好的氧化/還原活性、豐富的儲備量、成本低等特點，得到了很多科學(xué)研究人員的廣泛關(guān)注，所以在研究過程中，選擇氧化鎳作為中心物質(zhì)，研究其合成，結(jié)構(gòu)以及其電化學(xué)性能。論文的主要內(nèi)容概括如下:
　　(1)以硫酸鎳、尿素和氨水作為反應(yīng)物，通過溫和的一步水熱法合成出了大量分級的氧化鎳納米片自組裝納米結(jié)構(gòu)（微米花），并探討出有無尿素對產(chǎn)物形貌是否有影響，利用各種分析技術(shù)對合成的產(chǎn)物進行詳細分析，那些納米片的厚度大約是3

4、0nm，產(chǎn)物的比表面積為116.9m2g-1，隨后氧化鎳微米花被用作工作電極進行電化學(xué)測試，測試結(jié)果表明:采用2M KOH電解液，放電電流為4Ag-1時，比電容為262.78Fg-1，當放電電流為15Ag-1時，比電容為231.63Fg-1，而且氧化鎳微米花電極具有非常出眾的循環(huán)表現(xiàn)，在電流密度是4A g-1時充放電3000圈，比容量保留率是74.4％。
　　(2)在簡單、低成本、環(huán)保、溫和的溫度下通過溶劑熱法合成了生長在泡沫鎳上

5、的超薄氧化鎳納米片陣列，納米片的平均厚度大約為10nm，并將納米片陣列直接用作三電極超級電容器系統(tǒng)中的電極來進行電化學(xué)測試，免于了用炭黑及粘結(jié)劑涂電極，測試結(jié)果顯示在I是1mA cm-2，其比電容量可以達到870mF cm-2;選擇電流是10mA cm-2時經(jīng)過6000圈循環(huán)測試，比容量保留率是84.2％，表明合成的NiO材料具有良好的穩(wěn)定性。
　　(3)通過二次水熱法設(shè)計和合成在柔性襯底（碳布）上生長NiO@NiCo2O4和Ni

6、O@MnO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所合成的NiO異質(zhì)結(jié)構(gòu)是以NiO納米片為骨架及導(dǎo)電基體，依然保持原有NiO的微納結(jié)構(gòu)以及形貌，所合成NiO及其復(fù)合樣品被直接用作超級電容器電極進行電化學(xué)測試通過測試發(fā)現(xiàn)NiO@NiCo2O4和NiO@MnO2電極表現(xiàn)出比NiO電極更好的電化學(xué)特性，NiO異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極提高的電容性能是歸因于在NiO納米片表面生長的NiCo2O4,MnO2微納布局及復(fù)合物中不同成分間協(xié)同效應(yīng)，這提升了與電解液接觸面積，促進離子快速擴散和