NiO基納米纖維的制備及其電化學(xué)電容性能研究.pdf

1、能源危機(jī)與環(huán)境惡化促使人們努力探索新能源，同時(shí)也促使人們重視對(duì)新型儲(chǔ)能技術(shù)的研究。超級(jí)電容器和鋰電池相似，是一種新型儲(chǔ)能元件。但它不但有電池的能量密度較高的優(yōu)點(diǎn)，而且還有傳統(tǒng)電容器功率密度較高的優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于軍事裝備，電動(dòng)汽車以及移動(dòng)通信等領(lǐng)域。電極材料是決定超級(jí)電容器電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素之一，因此，開發(fā)具有高的比電容，長(zhǎng)的循環(huán)壽命，可逆性好，價(jià)格便宜的電極材料成為目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。氧化鎳(NiO)是一種價(jià)格低廉且比容量較大的

2、電極材料，廣泛用于蓄電池、超級(jí)電容器中。另外，低維納米結(jié)構(gòu)材料，例如一維、零維結(jié)構(gòu)納米材料由于具有更大的比表面積和微小的晶粒尺寸，以其作為電極活性材料，對(duì)改善活性物質(zhì)的利用率、提高比容量等電化學(xué)性能非常有利。
　　 本文通過靜電紡絲法制備具有特殊表面結(jié)構(gòu)的NiO納米纖維，并采用元素?fù)诫s手段對(duì)其進(jìn)行改性。以這種材料作為正極活性材料，2mol/L的KOH為電解液，與活性炭負(fù)極材料一起構(gòu)成混合型超級(jí)電容器。通過測(cè)試分析，探討了摻雜和低

3、維化在提高NiO電極電化學(xué)性能方面的作用及其機(jī)理。主要的研究?jī)?nèi)容如下:
　　 (1)NiO納米纖維的制備及電化學(xué)性能:以PVA/Ni(CH3COO)2為前驅(qū)體，使用自制的靜電紡絲裝置獲取PVA/Ni(CH3COO)2復(fù)合納米纖維，接著在630℃下煅燒得到NiO納米纖維。通過循環(huán)伏安法、恒流充放電等電化學(xué)測(cè)試分析表明，相同煅燒條件下，靜電紡絲制備的NiO納米纖維電極材料比電容為17.78F/g，而常規(guī)方法制備的NiO納米粉體電極材

4、料的比電容僅為11.97F/g。實(shí)驗(yàn)中還探討了掃描速率，放電電流密度及電解液濃度對(duì)NiO納米纖維電極電容性能的影響。
　　 (2)NiO納米纖維的摻雜改性及電化學(xué)性能:為了進(jìn)一步提高NiO納米纖維的電化學(xué)性能，分別對(duì)材料摻雜La（原子半徑比Ni原子大）和Li(原子半徑比Ni小)，研究摻雜對(duì)NiO納米纖維電化學(xué)性能的影響。XRD分析表明，La摻雜后，NiO的晶格變大，晶粒尺寸變小;電化學(xué)測(cè)試表明，當(dāng)La摻雜摩爾為2.04％時(shí)，電化

5、學(xué)性能最好，在電流密度為5mA/cm2時(shí)，其比電容是94.85F/g，是未摻雜的5.3倍。而摻雜Li后，晶格變小，晶粒尺寸變小。當(dāng)Li的摻雜摩爾量為7％時(shí),電化學(xué)性能最好，當(dāng)電流密度為5mA/cm2時(shí)，其比電容是28.58F/g，為未摻雜的1.6倍。這表明，適量的摻雜La和Li都能夠進(jìn)一步提高材料的電化學(xué)性能。
　　 實(shí)驗(yàn)研究取得了預(yù)期結(jié)果，通過材料低維化、納米化的途徑并結(jié)合材料摻雜改性的手段解決了NiO基超級(jí)電容器電極材料存在