微納米多級結構復合電極材料制備及其在超級電容器中的應用.pdf

1、隨著全球的能源缺乏和環(huán)境惡化，各種可循環(huán)的電化學儲能器件愈來愈受到人們的重視。作為新式能量儲存器件的超級電容器，由于其具有高的功率密度無污染、循環(huán)時長等優(yōu)點，因而受到廣泛關注與研究。而其性能高低關鍵在于電極材料的選擇。鑒于金屬氧化物和碳材料作為電極材料的優(yōu)缺點，將金屬氧化物與泡沫鎳集流體、碳材料進行負載制備性能良好的復合電極材料成為材料研究學者的首要目標。
　　本論文采用微波水熱法，圍繞納米氧化鎳的制備以及采用泡沫鎳或活性碳纖維布

2、為載體負載納米氧化鎳以獲取具有微納米結構的復合材料的相關問題展開研究，采用X射線衍射儀、熱分析、掃描電子顯微鏡等測試技術對材料的結構與形貌進行表征與觀察，并通過循環(huán)伏安法、交流阻抗法對所制備電極材料的電化學性能進行測試。主要工作包括以下幾個方面:
　　采用微波水熱法，以NiSO4為鎳源，尿素為沉淀劑，分別選用聚乙二醇4000（PEG-4000）和聚醚酰亞胺(PEI)為表面活性劑，通過改變保溫時間、表面活性劑種類及添加量合成NiO納

3、米粉體。結果表明:在微波加熱160℃合成了片狀納米NiO前驅體，片層厚度約為10nm，經過400℃煅燒2h得到了具有微納米多級結構的花片狀NiO微球，微球直徑約為2μm，花片狀NiO的厚度為10nm。表面活性劑的添加使NiO微球團聚現象明顯減弱，且使微球形狀規(guī)則，尺寸均一。通過電化學測試表明，添加3.7％ PEG-4000，保溫30min條件下制備納米NiO電極比電容最大為85.4 F/g，經過500次循環(huán)后，比電容僅衰減13.3％，表

4、現出較好的電化學穩(wěn)定性。
　　以泡沫鎳為載體，分別以NiSO4和Ni(NO3)2·6H2O為鎳源，通過改變鎳離子濃度、表面活性劑種類和添加量、反應時間，采用微波水熱原位負載的方法制備具有微納米多級結構的NiO/泡沫鎳復合電極材料樣品。結果表明:以NiSO4為鎳源合成的納米NiO以花片狀均勻原位生長在泡沫鎳表面，表面活性劑PEG-4000的添加反而抑制了片狀納米NiO在泡沫鎳上的生長。測試結果表明，保溫30min，無添加劑條件制備的

5、微納米多級結構的NiO/泡沫鎳樣品電極獲得的比電容可達到234.8 F/g。以Ni(NO3)2·6H2O為鎳源，保溫60min合成了顆粒狀納米NiO并在泡沫鎳表面均勻生長，表面活性劑PEG-4000的添加使納米NiO貼附在泡沫鎳表面，不利于離子和電子的傳遞。保溫60min且無添加劑制備的NiO/泡沫鎳樣品電極比電容最大為224.4 F/g。
　　以活性碳纖維布(ACFC)為載體，以尿素和NiSO4為原料，采用微波水熱法通過改變反應

6、物濃度和反應時間得到不同的NiO/ACFC復合電極材料，并對樣品電極進行了電化學特性研究。結果表明:實驗合成的納米NiO以花片狀結構原位生長在活性碳纖維布表面，片層厚度約為10nm。在相同的微波合成條件下，表面活性劑PEI添加量和尿素量對樣品形貌結構和負載量有較大影響。當鎳離子與尿素摩爾比CNi2+∶C(NH2)2CO為1∶4，添加1ml PEI，保溫60min的NiO/ACFC復合電極材料電極獲得最大的比電容為190.4F/g，具有良