鈷酸鋅和氫氧化鎳在超級電容器中的應(yīng)用.pdf

1、目前而言，能源存儲器件，尤其是超級電容器，已經(jīng)在人們的日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，特別是在電子器件、微型探測器等等領(lǐng)域。本文以鈷酸鎳作為電極材料，設(shè)計了一種新型柔性纖維超級電容器。此外，我們還利用二維材料-Ni(OH)2作為電極材料制備了柔性平面微型超級電容器。所取得的主要研究成果可以歸納如下:
　　(1)在不添加任何催化劑和模板的條件下，利用簡單的水熱反應(yīng)法，制備出了具有一維結(jié)構(gòu)的ZnCo2O4納米棒。然后我們用長有ZnC

2、o2O4納米棒的鎳絲作為工作電極，分別以鉑片和甘汞電極作為對電極和參比電極，以3 M KOH作為電解液，組合成電化學(xué)三電極體系測試系統(tǒng)對其進(jìn)行電化學(xué)性能測試。測試結(jié)果顯示ZnCo2O4電極材料在0-0.45 V的電壓窗口內(nèi)有一對明顯的氧化還原峰，說明ZnCo2O4具有優(yōu)異的贗電容性能。此外，從圖像中可看到氧化還原峰具有良好的對稱性，不僅證明了該電極材料具有穩(wěn)定性，而且在KOH電解液中所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)高度可逆。這都得益于生長在鎳絲上的

3、納米材料為一維納米棒狀結(jié)構(gòu)。綜上可知，ZnCo2O4作為一種電極材料由于具備良好的電化學(xué)性能，可廣泛的應(yīng)用于超級電容器的制備中。
　　(2)為了進(jìn)一步評估ZnCo2O4超級電容器的實際應(yīng)用價值，我們直接用鎳絲組裝成了纖維狀超級電容器。二電極體系下，在掃率為30 mV/s時得到比電容為10.9 F/g。能量密度高達(dá)76 mWh/kg，而且功率密度達(dá)到了1.9 W/kg。在2mA情況下，經(jīng)過3500次充放電測試，其電容保持率高達(dá)92％

4、。與此同時，我們在不同彎曲狀態(tài)下(30°，45°，60°，90°)測試其性能，發(fā)現(xiàn)電化學(xué)性能幾乎沒有發(fā)生改變，表明了我們的器件具有良好的柔性。結(jié)合材料良好的電化學(xué)性能，簡單易制備的特點，可見ZnCo2O4在超級電容器中具有很好的應(yīng)用價值。此外，通過縮短金屬絲基底的長度，纖維器件也可以變短，易編織，在可穿戴設(shè)備中也具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　(3)在不添加任何催化劑的條件下，利用簡單的水熱反應(yīng)法，合成了二維片狀結(jié)構(gòu)的Ni(OH)2。我

5、們用涂有Ni(OH)2納米片的泡沫鎳作為工作電極，分別以鉑片和甘汞電極作為對電極和參比電極，2M NaOH作為電解液，組合成三電極體系對其進(jìn)行性能測試。測試發(fā)現(xiàn)，Ni(OH)2納米片在0-0.45 V的電壓區(qū)間內(nèi)有一對很明顯的氧化還原峰具有良好的贗電容性能，其峰值分別在0.3-0.35 V和0.2-0.25 V區(qū)間內(nèi)。從CV曲線高度對稱中，我們可以看到在NaOH電解液的Ni(OH)2納米片發(fā)生著高度可逆反應(yīng)，說明了Ni(OH)2具有良好

6、的電化學(xué)穩(wěn)定性。從上可以看到Ni(OH)2由于具備良好的贗電容特性，在超級電容器中應(yīng)用潛力巨大。
　　(4)為了滿足微型功能系統(tǒng)和微型醫(yī)藥機器人的應(yīng)用，我們通過光刻顯影法用Ni(OH)2作為電極材料組裝了柔性平面微型超級電容器。二電極體系下，在掃率為100 mV/s時得到比電容為8.80 F/g，在進(jìn)行10000次循環(huán)時電容損失率僅僅為0.2％。此外，該微型器件能量密度高達(dá)0.59 mWh/cm3，而且功率密度達(dá)到了1.80 W/