鎳釩水滑石及其碳復(fù)合材料的制備及超電容性能研究.pdf

1、在能源危機日趨嚴重的今天，超級電容器的安全、可靠、綠色環(huán)保等特點促使其成為當下熱點研究，電極材料是影響超級電容器電化學(xué)性能的重要組成部分。目前，超級電容器研究重點仍然是開發(fā)尋找比電容高，能量密度和功率密度高，導(dǎo)電性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的電極材料。本論文將具有優(yōu)越電化學(xué)活性的釩金屬元素引入氫氧化鎳層板成功合成了鎳釩水滑石，再將其與高導(dǎo)電性的碳材料復(fù)合，組成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的復(fù)合材料，并研究其超電容性能，具體研究工作及結(jié)論如下:
　　1.采用共沉淀法

2、合成一系列不同金屬比例碳酸根插層的鎳釩水滑石(NixV-LDH)，結(jié)構(gòu)形貌表征結(jié)果表明，在氫氧化鎳的層板摻入釩元素組成的鎳釩水滑石，與氫氧化鎳相比，層板結(jié)構(gòu)的晶型更好，規(guī)整度更高。且隨著水滑石中鎳釩摩爾比的增大，層板逐漸變得規(guī)整?？疾炱潆娀瘜W(xué)性能發(fā)現(xiàn)，釩元素的引入對氫氧化鎳的電化學(xué)性能產(chǎn)生了良好的影響，且不同釩元素摻雜量的鎳釩水滑石性能有差別，隨著釩摻雜量增大，比電容逐漸增大，循環(huán)穩(wěn)定性有所下降，其中Ni/V摩爾比為2∶1的鎳釩水滑石比

3、電容最高，在1A· g-1電流密度下比電容達到1096F·g-1，在5A· g-1的電流密度下連續(xù)循環(huán)充放電500次比電電容保留率在65％以上，循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能較氫氧化鎳有了很大的提升，大電流密度下性能良好，這歸因于釩的引入促使電阻降低。
　　2.用共沉淀法將不同量的功能化碳納米管與鎳釩水滑石復(fù)合得到一系列不同復(fù)合比例的Ni2V-LDH/CNT復(fù)合材料。碳納米管良好的導(dǎo)電性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與鎳釩水滑石高比電容協(xié)同作用促成復(fù)合材料的

4、良好電化學(xué)性能，隨著碳納米管加入量的增加，復(fù)合材料Ni2V-LDH/CNT比電容先增加后減小，這是因為碳納米管貢獻的是雙電層電容，而水滑石貢獻的是法拉第贗電容，復(fù)合材料的比電容主要取決于水滑石的貢獻，增加一定比例導(dǎo)電性好的碳材料對水滑石比電容的提升是有幫助的，但是如果過量，會因為相對減小活性材料的比例而使比電容下降。三種比例復(fù)合材料中，當Ni2V-LDH/CNT質(zhì)量比為80∶3時，比電容最高，循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能最好。在5A·g-1電流

5、密度下，比電容達到1125 F·g-1，充放電循環(huán)1000周后，比電容保持率為86％。
　　3.用傳統(tǒng)的hummers法，通過控制氧化處理的溫度和時間得到不同氧化程度氧化乙炔黑。然后通過共沉淀法在不同氧化程度的氧化乙炔黑表面原位生長鎳釩水滑石得到四種NiV-LDH/C復(fù)合材料，通過結(jié)構(gòu)形貌表征發(fā)現(xiàn)鎳釩水滑石在乙炔黑表面成功生成，氧化程度低的乙炔黑錨定生成的水滑石片更分散，且片層較大，而氧化程度高的乙炔黑錨定生成水滑石片更聚集，片層

6、小。四種復(fù)合材料在1MKOH電解液中均表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，比電容呈現(xiàn)先增加后減小的變化規(guī)律，這是因為乙炔黑提高了材料的導(dǎo)電性，氧化乙炔黑的錨定作用緩解了水滑石片層易團聚，進一步改善電化學(xué)性能，但氧化程度太高的乙炔黑由于表面過多的含氧官能團又會重新團聚，其中在90℃處理1h得到的乙炔黑與鎳釩水滑石復(fù)合電化學(xué)性能最優(yōu)異，在5A·g-1初始比電容達到865.46 F·g-1，循環(huán)1000周后比電容分別保持89％;在9A·g-1初始比電容為