鎳錳氧化物的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、超級電容器作為一種新型的儲能元件，結(jié)合了靜電容器和化學(xué)電池的特點，擁有功率密度大、循環(huán)性能好、對環(huán)境無污染等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于能量回收、電容汽車、儀器儀表等領(lǐng)域，是一種很有應(yīng)用前景的技術(shù)。鎳和錳等過渡金屬氧化物由于價格低廉、電容性好，將取代RuO2等貴金屬氧化物，是非常重要的超級電容器電極材料。眾所周知，電極材料是儲能元件的核心，而材料的物相組成和微觀結(jié)構(gòu)決定著材料的物理化學(xué)性能，因此，制備比表面積大和多孔的特殊形貌材料以及利用復(fù)合摻雜制

2、備復(fù)合材料是超級電容器領(lǐng)域的研究熱點。
　　本文首先采用水熱法制備出多孔球狀NiO，探究其結(jié)構(gòu)形成過程及機理;通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物濃度，制備出納米薄片及微粒狀NiO;通過對各種形貌樣品的性能對比分析，探索出具有最佳電化學(xué)性能的樣品組分。其次，采用共沉淀法制備出鎳錳復(fù)合氧化物，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物中Ni2+和Mn2+的含量來獲得不同的Ni/Mn比的復(fù)合氧化物，對其電化學(xué)性能進行對比分析。利用XRD來鑒定樣品物相組成;利用SEM來觀察其微觀形貌結(jié)

3、構(gòu);將樣品粉末制作成電極，利用三電極系統(tǒng)來測試其電化學(xué)性能(GCD、CV、EIS)。
　　研究表明:通過水熱法可以制備出直徑為5μm左右的多孔球狀立方相NiO。對球體的形成過程進行研究發(fā)現(xiàn)，球體的構(gòu)建需要從一個一維到多維，從部分到完整的漸變過程。反應(yīng)物的濃度對樣品的形貌有著重要影響。一系列的實驗發(fā)現(xiàn)，球體形成最佳的反應(yīng)物濃度組分是(CH2)6N4和NiSO4·6H2O分別為0.4M和0.2M，此時形成的球體最為完整，直徑最為均勻。

4、進一步調(diào)節(jié)反應(yīng)物的濃度，可以得到另兩種特殊形貌:納米薄片和納米顆粒。對這三種形貌樣品的性能進行對比分析發(fā)現(xiàn)，多孔微球的電化學(xué)性能最為優(yōu)良，在1A/g的電流密度下，比電容可達到1080 F/g，且有良好的可逆性和倍率性能。這是因為三維多孔球體擁有的更大的比表面積和合理的孔徑分布，為電解液的滲入和離子的傳遞提供更為便利的通道，電荷轉(zhuǎn)移阻力小，活性點多，電容性能好。
　　利用共沉淀法可以制備出鎳錳氧化物的復(fù)合物，反應(yīng)物中Ni/Mn的比例

5、對產(chǎn)物的物相組分和形貌都有重要影響。當(dāng)反應(yīng)物中只有Ni或只有Mn時，生成的樣品分別為NiO納米顆粒和Mn2O3微球。當(dāng)Ni和Mn同時存在時，分為Ni/Mn＞1和Ni/Mn＜1兩種情況。當(dāng)Ni/Mn＞1時所得樣品的主要物相是NiO，形貌為納米級顆粒。隨著Ni/Mn的降低，NiO衍射峰的強度降低。其中，當(dāng)Ni/Mn降至3/1和2/1時，出現(xiàn)Mn2O3相，此時的樣品為NiO和Mn2O3復(fù)合形成的鎳錳復(fù)合氧化物。當(dāng)Ni/Mn=1時，NiO消失，

6、出現(xiàn)了NiMn2O4和NiMnO3兩種單相，這是Mn進入到NiO的晶格中部分取代了Ni的位置形成的，此時樣品的形貌也由納米顆粒變?yōu)橹睆綖? um左右的微球。當(dāng)Ni/Mn＜1時生成的樣品主要物相為Mn2O3，Ni以Ni2O3的形式存在，形成NiO和Mn2O3的復(fù)合物，形貌為微米級的微球。對鎳錳復(fù)合氧化物進行電化學(xué)性能測試表明，電極的電容機制是法拉第贗電容機制，而由于不同Ni/Mn比所得樣品的物相和形貌不同，對應(yīng)的電化學(xué)性能不同。其中含有N