去合金化及微球模板法制備多孔鎳及其超級(jí)電容器應(yīng)用.pdf

1、日益增加的能源消耗、環(huán)境污染以及全球變暖成為當(dāng)今社會(huì)共同關(guān)注的話題。解決這些問(wèn)題的途徑就是發(fā)展其他新型能源及其利用技術(shù)，其中，新能源利用的關(guān)鍵是研發(fā)高性能的儲(chǔ)能器件。超級(jí)電容器是近幾年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的一種儲(chǔ)能器件，它的主要優(yōu)點(diǎn)是功率密度高、生產(chǎn)成本低、充放電速度快以及循環(huán)穩(wěn)定性好等，因此引起人們的高度關(guān)注。對(duì)于超級(jí)電容器來(lái)說(shuō)，電極結(jié)構(gòu)及材料是決定其性能的重要因素。多孔鎳由于其廉價(jià)、耐腐蝕性好、導(dǎo)電性好以及比表面積大等特點(diǎn)，被廣泛作為集流體

2、材料應(yīng)用于超級(jí)電容器。MnO2作為一種電極活性材料，是一種代表性的贗電容超級(jí)電容器電極材料，具有高容量、寬電壓、易合成、價(jià)格低廉、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，有實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的潛力。本論文旨在用電化學(xué)去合金化法以及微球模板法制備多孔鎳，并研究其在超級(jí)電容器方面的應(yīng)用。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　在去合金化研究中，利用電化學(xué)方法在(NH4)2SO4溶液中對(duì)Ni-Mn合金去合金化制備多孔鎳，研究了外加電壓、時(shí)間、(NH4)2SO4溶液的濃度以及溫度

3、等條件對(duì)多孔鎳形貌結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，隨著外加電壓的不斷增大，合金表面裂紋狀的孔數(shù)量不斷增加，孔由淺變深，孔之間的間距不斷減小；隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，孔徑尺寸不斷增大，孔不斷變深，孔數(shù)量明顯增加且分布較均勻，但時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致合金表面形成的孔結(jié)構(gòu)被破壞，合金表面碎裂；在相同條件下，當(dāng)(NH4)2SO4溶液濃度增加時(shí)，合金表面孔數(shù)量增加，孔變深，濃度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致合金表面碎裂；當(dāng)溫度升高時(shí)，合金表面由裂紋狀的孔逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閸u狀結(jié)構(gòu)，孔由平行一致的

4、取向逐漸變?yōu)橄嗷ミB通，孔數(shù)量增加，但溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致合金宏觀上碎裂剝落。以不同外加電壓下得到的多孔鎳為集流體沉積相同質(zhì)量的MnO2作為電極測(cè)試其電化學(xué)性能。結(jié)果表明隨著外加電壓的不斷增大，充放電時(shí)間隨外加電壓的增加不斷增大，面電容也不斷增大，最大面電容為597 mF/cm2，可見(jiàn)，多孔鎳的孔結(jié)構(gòu)增大了MnO2與電解液的接觸面積，提高了MnO2電極的電化學(xué)性能。
　　在微球模板法制備多孔鎳中，首先用Stober法制備直徑較為均勻的Si

5、O2微球，并自組裝形成SiO2微球模板，以此為模板進(jìn)行電鍍鎳膜，除去模板后得到三維有序多孔鎳，并研究其在電化學(xué)方面的應(yīng)用及性能。研究發(fā)現(xiàn)，自組裝得到的SiO2微球呈周期性有序排列，且隨著分散液中SiO2微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，自組裝的微球?qū)訑?shù)增加，微球排列更加密集，缺陷減少；除去模板后得到的鎳膜上孔也呈現(xiàn)周期性有序排列，大孔之間通過(guò)較小的孔相連通，大孔尺寸約為300 nm，且隨著SiO2微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，孔之間的連通的小孔更加明顯，形成三

6、維有序多孔結(jié)構(gòu)；電流密度對(duì)多孔鎳的形貌無(wú)明顯影響。以SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3％制備的微球模板得到的多孔鎳為集流體，利用恒壓電沉積MnO2，改變沉積時(shí)間獲得不同厚度的MnO2。對(duì)所制備的MnO2薄膜進(jìn)行了結(jié)構(gòu)與電化學(xué)表征，測(cè)試表明，多孔鎳表面的MnO2呈納米片狀，厚度約為20nm；隨著沉積時(shí)間的不斷增加，面電容也隨之增加，沉積時(shí)間為60min時(shí)，最大面電容可以達(dá)到241 mF/cm2；MnO2的比電容隨沉積時(shí)間的增加而減小，在沉積時(shí)間為1