高性能納米結(jié)構(gòu)化氫氧化物電極材料的制備及性能究.pdf

1、近年來，超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能器件，由于其兼具傳統(tǒng)電容器及二次電池的優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注。超級(jí)電容器的性能取決于其核心元件?電極材料，因而納米結(jié)構(gòu)化電極材料研究的快速進(jìn)展極大的促進(jìn)了高性能超級(jí)電容器的發(fā)展。
　　作為正極材料，過渡金屬氧化物及氫氧化物由于具有較高的理論電化學(xué)性能進(jìn)而成為超級(jí)電容器電極材料研究的熱點(diǎn)。基于此認(rèn)識(shí)，本文工作以鎳鈷體系材料為對(duì)象，旨在材料的納米結(jié)構(gòu)化合成研究，最終獲得高電化學(xué)性能的超級(jí)電容器電極材料

2、。具體研究內(nèi)容如下：
　?。?）納米結(jié)構(gòu)化CoOOH/ITO薄膜的制備及性能研究：采用化學(xué)浴沉淀法，以過硫酸銨為氧化劑，環(huán)氧丙烷為沉淀劑，制備出高電化學(xué)性能的納米結(jié)構(gòu)化CoOOH/ITO薄膜材料。通過研究氧化劑與金屬離子的摩爾比對(duì)材料電化學(xué)性能的影響，確定了最優(yōu)的摩爾比為1.5，所獲得的薄膜材料顯示出高比容量及優(yōu)異的循環(huán)壽命特性。在0.5 mol l-1 KOH水溶液中掃描速度為5 mV s-1的條件下，材料的比容量達(dá)到520 F

3、 g-1，而在經(jīng)過2000次充放電循環(huán)后，材料的比容量仍為初始值的98％。
　?。?）Ni-Co雙金屬氫氧化物納米片的制備及性能研究：采用共沉淀的方法，以過硫酸銨為氧化劑以環(huán)氧丙烷為沉淀劑，制備出高電化學(xué)性能 Ni-Co雙金屬氫氧化物納米片。通過探究 Ni-Co離子摩爾比對(duì)材料電化學(xué)性能影響，并確定最優(yōu)比例為9:1。在最優(yōu)Ni-Co離子摩爾比下我們通過過硫酸銨對(duì)材料進(jìn)行氧化發(fā)現(xiàn)，材料的電化學(xué)性能大大提高。研究顯示，過硫酸銨的氧化降

4、低了氫氧化物的氧化電位，進(jìn)而減少了其過充或過放對(duì)電極材料的影響使得其電化學(xué)性能提高。通過對(duì)過硫酸銨氧化的Ni0.9Co0.1LDHs測試顯示，當(dāng)電流密度為35.7 A g-1時(shí)，比容量仍能保持1587Fg-1。
　?。?）Al3+摻雜α-Ni(OH)2納米花的制備及性能研究：采用水熱法，以尿素為沉淀劑制備直接沉積到泡沫鎳上的Al3+摻雜α-Ni(OH)2納米花狀材料并對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)性能測試。研究了水熱溫度和Al3+的摻雜量對(duì)材料的

5、贗電容性能的影響。研究顯示，由于Al3+摻雜到氫氧化鎳晶格內(nèi)提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性，本實(shí)驗(yàn)中鋁離子含量為9.8%時(shí)，材料經(jīng)過2000次的充放電循環(huán)后其比容量仍為初始值的81%。并且直接沉積到泡沫鎳上的形成的獨(dú)立、片狀的形貌使得材料的比表面積大大提高，直接提高了電極材料的電容性質(zhì)。當(dāng)在3 mol l-1 KOH水溶液中掃描速度為5 mV s-1的條件下，材料的比容量達(dá)到3637 Fg-1，當(dāng)充放電電流密度達(dá)32 A g-1時(shí)比容量仍達(dá)11

6、42 F g-1。
　　（4）單層片β-Ni(OH)2納米片的制備及性能研究：在本實(shí)驗(yàn)中，我們采用水浴條件下以環(huán)氧丙烷為沉淀劑，以十二烷基硫酸鈉為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，成功制備出單層片β-Ni(OH)2。表征結(jié)果顯示，單層片的形成與十二烷基硫酸鈉的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。通過XRD顯示十二烷基硫酸鈉插層的Ni(OH)2納米片具有松散的有缺陷的層間堆積。FTIR譜圖中游離羥基的消失表明了十二烷基硫酸鈉的插層導(dǎo)致了β-Ni(OH)2層狀結(jié)構(gòu)的剝層。TEM