CNTs-鈷鎳氧化物復(fù)合超級電容器粉體的制備及相關(guān)性能研究.pdf

1、超級電容器作為一種新型的綠色儲能器件，具有比電池更高的功率密度和比傳統(tǒng)電容器更高的能量密度。同時，超級電容器具有循環(huán)壽命長、比電容高、使用溫度范圍寬、充放電電流大、綠色環(huán)保等優(yōu)點，在航空航天、移動通訊、電動汽車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，因此受到全球科研工作者的廣泛關(guān)注，而電極材料對超級電容器的性能具有重要影響。
　　金屬氧化物NiCo2O4因具有較高的比容量，被認為是目前最有希望替代貴金屬電極的電極材料之一。雖然NiCo2

2、O4的電導(dǎo)率是NiO和Co3O4的兩倍，但也只有10-2S/cm。導(dǎo)電性較差，影響金屬氧化物的倍率性能，使其不能在大電流下應(yīng)用。為解決NiCo2O4導(dǎo)電性較差的問題，最常見的方法是將NiCo2O4與高導(dǎo)電率的碳材料進行復(fù)合。
　　在碳材料中，由于碳納米管的比表面積大，特別是其中空的一維結(jié)構(gòu)可形成相當大的雙電層電容，但因其比電容較小、能量密度低和易團聚等缺點，限制其應(yīng)用。將金屬氧化物與碳納米管進行復(fù)合，既可以提高金屬氧化物的導(dǎo)電性，

3、也可以提高碳納米管的比電容，從而獲得電化學(xué)性能優(yōu)異的復(fù)合電極材料。本文以制備出高電化學(xué)性能的CNTs/NiCo2O4為目的，提出一種新的改善CNTs分散性的方法，分別采用水熱-煅燒兩步法制備了NiCo2O4粉體及CNTs/NiCo2O4復(fù)合粉體和水熱合成一步法制備了Co1.29Ni1.71O4粉體及CNTs/Co1.29Ni1.71O4復(fù)合粉體，并通對相關(guān)性能進行表征。主要內(nèi)容如下:
　　(1)采用兩步氧化法改性碳納米管，提高其在

4、水溶液中的分散性。首先通過強堿性的次氯酸鈉與高錳酸鉀的混合溶液對碳納米管進行第一次氧化，然后滴加過氧化氫對碳納米管進行二次氧化。氧化處理后的碳納米管缺陷增多，長度變短，表面引入親水性的羥基等官能團，在水溶液的分散性和穩(wěn)定性也有明顯的改善，電化學(xué)性能也有了一定提高，并闡述了該方法改善碳納米管分散性的作用機理。
　　(2)水熱合成后在馬弗爐加熱300℃可生成片層狀的NiCo2O4粉體及CNTs/NiCo2O4復(fù)合粉體。反應(yīng)溫度、保溫時

5、間和碳納米管對產(chǎn)物的物相、形貌和電化學(xué)性能都有影響。通過一系列的測試表明:當反應(yīng)溫度在180℃，保溫時間4h下，可以合成花瓣形貌的YiCo2O4納米片，在窗口電壓在0-0.4V電流密度為1A/g下，其比電容可以達到1022F/g。通過加入改性碳納米管，片層狀的NiCo2O4卷曲成結(jié)晶性好的球形顆粒，分布在碳納米管所圍成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，這種復(fù)合粉體的比電容可以達到1725F/g。
　　(3)以NiCl2、CoCl2為原料，乙酸鈉作