鎳基、鈷基電極材料的制備及其贗電容性能的研究.pdf

1、世界范圍內(nèi)的化石能源危機(jī)和溫室氣體效應(yīng)推動(dòng)了新能源技術(shù)的快速發(fā)展。而可持續(xù)能源的開(kāi)發(fā)利用，給能源的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換提出了更高要求。作為一種新型能源存儲(chǔ)設(shè)備，超級(jí)電容器同時(shí)具有傳統(tǒng)電容器高比功率和化學(xué)電池高比能量的特點(diǎn)，具有充放電速度快、環(huán)境友好、可靠性高、適應(yīng)溫度范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。電極材料作為超級(jí)電容器不可缺少的部分，是影響超級(jí)電容器性能的至關(guān)重要的因素。研發(fā)高性能、低成本、易加工的電極材料具有戰(zhàn)略性意義。由于過(guò)渡金屬離子有多個(gè)氧化態(tài)并且有較高存

2、儲(chǔ)電荷的能力，所以過(guò)渡金屬氧化物作為典型的贗電容電極材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于超級(jí)電容器。然而，高的電阻率、低的倍率性能和差的循環(huán)穩(wěn)定性限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。本論文針對(duì)上述問(wèn)題，采用原位生長(zhǎng)的制備工藝與納米結(jié)構(gòu)的形貌設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，制備了高性能的贗電容電極材料。本論文的宗旨是提高電極材料的導(dǎo)電性和離子傳輸性能，增加電化學(xué)活性物質(zhì)的利用率，從而有效改善電極材料的相關(guān)電化學(xué)性能。電化學(xué)測(cè)試的結(jié)果表明了本論文所介紹的電極材料具有優(yōu)越的贗電容特性，相

3、關(guān)演示實(shí)驗(yàn)也表明這些材料有望在超級(jí)電容器的實(shí)際應(yīng)用中貢獻(xiàn)力量。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、納米結(jié)構(gòu)草酸鎳的制備及其在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　我們采用電化學(xué)陽(yáng)極氧化的方法，制備了直接生長(zhǎng)在三維泡沫鎳骨架上的納米結(jié)構(gòu)的草酸鎳電極材料，并對(duì)該材料以及組裝的非對(duì)稱型超級(jí)電容器進(jìn)行了相關(guān)電化學(xué)性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該材料比電容可高達(dá)813.5 F g-1，循環(huán)10000圈后仍有92.5％的容量保持率。以該材料和活性炭分別

4、為正、負(fù)極組裝的電容器也顯示了高的能量密度/功率密度和長(zhǎng)的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　2、納米花瓣?duì)頝iO修飾的3D泡沫鎳的制備及其在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　金屬氧化物具有較高的理論比電容，但是其贗電容特性在很大程度上受限于較低的電導(dǎo)率。我們通過(guò)陽(yáng)極氧化與煅燒相結(jié)合的制備工藝，制備出3D納米花瓣?duì)畹?、直接生長(zhǎng)在泡沫鎳骨架上NiO電極材料。我們還通過(guò)控制煅燒溫度來(lái)優(yōu)化材料的電化學(xué)性能。480℃煅燒得到的NiO表現(xiàn)出最優(yōu)越的贗電容性能

5、，特別是倍率性能（電流密度增大25倍，電容保持率82％）和循環(huán)穩(wěn)定性(30000圈后仍有較好的容量保持率)。基于該材料為正極、活性炭為負(fù)極的非對(duì)稱型超級(jí)電容器也顯示了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性(10000圈后仍有91.3％的保持率)和高容量，可以驅(qū)動(dòng)迷你風(fēng)扇工作并使LED發(fā)光長(zhǎng)達(dá)270 min。
　　3、納米結(jié)構(gòu)草酸鈷的制備及其在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　作為儲(chǔ)能器件的電極材料，草酸化合物逐漸嶄露頭角。我們通過(guò)一步陽(yáng)極氧化的方法制備

6、了原位生長(zhǎng)在鈷箔上的草酸鈷，該材料可以直接作為電極材料使用。這種雜化電極顯示了優(yōu)越的贗電容特性。在充放電測(cè)試中，當(dāng)電流密度為6Ag-1時(shí)，比電容可高達(dá)1269 A g-1。除此之外，當(dāng)電流密度從6Ag-1增長(zhǎng)到30 A g-1時(shí)，比電容保持率高達(dá)87.2％，顯示了很好的倍率性能。更重要的是，即使穩(wěn)定循環(huán)100000圈后，該電極仍然具有91.9％的電容保持率。另外，以該電極材料和活性炭分別為正、負(fù)極組裝的電容器也顯示了優(yōu)越的能量密度和功率