電化學(xué)沉積法制備3D結(jié)構(gòu)Ni(OH)2-C電極材料及電容性能研究.pdf

1、工業(yè)的快速發(fā)展和人們生活水平的提高對能源的需求出現(xiàn)了史無前例的增加，化石資源的巨量消耗使得環(huán)境問題日益突出。如持續(xù)增加的霧霾天氣、不斷增加的二氧化碳排放量及污染物、各種疾病的發(fā)生等，無不與此相關(guān)。因此，使用清潔能源是世界各國共同探索的重要課題，尤其是便捷式潔凈能源在運輸、通訊、科技、航空等領(lǐng)域更顯示其重要性，而實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵步驟就是如何能高效儲存和轉(zhuǎn)換常規(guī)方法得到的能源。超級電容器就是轉(zhuǎn)換為便捷能源的一種重要器件，因其具有較高的功率

2、密度和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，已經(jīng)引起了越來越多科學(xué)工作者的高度關(guān)注。其中，電極材料是影響其性能的關(guān)鍵因素。金屬氧化物/氫氧化物因具有較高的比容量和能量密度而引起廣泛的研究興趣，但因高溫固相法和化學(xué)沉積法等制備的金屬氧化物/氫氧化物分散性較差，使得其比容量大打折扣。此外，金屬氧化物/氫氧化物本身較差的導(dǎo)電性，也嚴重影響其倍率性能和循環(huán)性能。如何提高其分散性，改善電極材料使用過程中電子傳輸速率以及電解液中的電荷離子在電極充放電過程的遷移速率是這

3、類電極材料研究的重點。目前研究熱點是將金屬氧化物/氫氧化物與導(dǎo)電性較好的碳材料進行復(fù)合來改善其電化學(xué)性能。鑒于此，本工作通過電化學(xué)沉積法將高比容量的氫氧化鎳分別與較高比表面積的活性炭和具有優(yōu)良導(dǎo)電性的石墨化碳復(fù)合，構(gòu)建出了具有較大比表面積的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Ni(OH)2/C復(fù)合電極材料。電化學(xué)測試表明，碳基底的含氧官能團數(shù)目，比表面積，導(dǎo)電性均對生成的Ni(OH)2/C復(fù)合電極材料電化學(xué)性能產(chǎn)生影響。研究過程中采用掃描電鏡、氮吸附/脫附等

4、物理表征方法和循環(huán)伏安、恒電流充放電、交流阻抗等電化學(xué)測試方法。主要結(jié)果如下：
　　(1)通過對商用活性炭進行硝酸氧化(Nitric acid treatment，NT)和部分結(jié)晶化(Partial crystallization，PC)處理，獲得了氧化活性炭和部分結(jié)晶化碳，然后以上述處理的活性炭為基底電化學(xué)沉積Ni(OH)2，構(gòu)造了具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的 Ni(OH)2/PC-NT-AC/NF復(fù)合電極材料，通過與 Ni(OH)2/N

5、T-AC/NF和 Ni(OH)2/AC/NF復(fù)合電極材料進行對比，探討了活性炭中含氧官能團數(shù)目和結(jié)晶度對電化學(xué)沉積的Ni(OH)2電極材料電化學(xué)性能的影響。上述制備的Ni(OH)2/PC-NT-AC/NF復(fù)合電極材料展示了出色的電化學(xué)行為，在6 A/g的電流密度下，比容量達到2971 F/g，當電流密度提高到40 A/g的大電流密度時，比容量仍保持有1919 F/g，相對于另外兩種電極材料，其倍率性能和循環(huán)性能均得到了改善，其出色的電化

6、學(xué)性能歸因于基底的較大比表面積和優(yōu)異的導(dǎo)電性。
　　(2)以石墨化度達近100％的石墨化碳為原料，通過氫氧化鉀與石墨化碳以不同比例對其活化處理，并以此為基底電化學(xué)沉積Ni(OH)2，構(gòu)造了具有發(fā)達孔徑的 Ni(OH)2納米晶體。探討了不同活化程度碳基底和不同Ni(OH)2沉積量對電化學(xué)沉積Ni(OH)2的電化學(xué)性能的影響，并與商業(yè)石墨烯納米片作為電化學(xué)沉積 Ni(OH)2基底制得的復(fù)合材料電化學(xué)性能進行了比較，探討了基底比表面積與