鎳-鈷-鋅基電極材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、鎳/鈷/鋅基化合物是一類極具應用前景的過渡金屬化合物材料，其在燃料電池、電化學電容器和鋰離子電池的電極材料領域有廣泛的應用。具體來說，鎳鈷鋅醇鹽作為一種金屬有機化合物在非貴金屬電催化劑方面有很大的發(fā)展?jié)摿?鎳鈷氫氧化物是一種高性能贗電容型超級電容器材料;鎳/鈷/鋅基過渡金屬氧化物則在鋰離子電池材料和贗電容材料方面有很高的應用價值。一方面，由于環(huán)保的要求，近年來對新能源的需求越來越大，亟待開發(fā)相關的新材料。另一方面鎳/鈷/鋅基化合物在新能

2、源材料的眾多領域都有很好的應用，可以應對上述的新能源需求。因此，對于鎳/鈷/鋅基化合物的研究一直是一個熱點并且已經(jīng)取得很多研究進展。然而，仍然有很多的挑戰(zhàn)等待解決。
　　本文以應用為主線，進行了相關材料制備的研究和相應應用前景的探索。
　　(1)以鎳、鈷、鋅的硝酸鹽、異丙醇和丙三醇為原料，通過溶劑熱法合成出球形鎳鈷醇鹽(Ni1Co2-g)和鋅鈷醇鹽(ZnCo2-g)，初步探討了其粒徑控制的方法。在此基礎上，進行不同溫度條件下

3、的N2氣氛退火處理，研究了退火溫度對電催化性能的影響和材料在金屬空氣電池催化劑方面的應用前景。實驗結果表明，350℃處理后得到的Zn1Co2-g350樣品擁有最好的OER催化性能，其10 mA/cm2析氧反應電流對應的電勢僅為1.60V，Tafel曲線的斜率也僅為103 mV/decade。此外，循環(huán)測試表明Zn1Co2-g350在1.60V下400 s之后電流仍能保持80.1％。
　　(2)使用不同鎳鈷比例的鎳鈷醇鹽為前驅體，通

4、過離子交換法制備出花狀鎳鈷氫氧化物并研究了鎳鈷比對其電化學性能的影響和在超級電容器方面的應用前景。通過電化學測試發(fā)現(xiàn)，鎳鈷摩爾比1∶2時可以獲得1226.6 F/g(1A/g)的最大比電容。另外，循環(huán)測試表明鎳鈷摩爾比1∶2樣品在1A/g的充放電電流下，經(jīng)過3000圈循環(huán)之后，比電容仍然能夠保留相當高的85.5％。
　　(3)使用六次甲基四銨作為堿源，采用共沉淀法并通過調(diào)節(jié)溶劑類型的方法成功進行了鎳鈷氫氧化物的晶型可控制備并探索了

5、晶型和電化學性能的關系。通過三電極測試發(fā)現(xiàn)，鎳鈷摩爾比1∶1時，α-鎳鈷復合氫氧化物在1A/g的充放電電流下?lián)碛?366.6 F/g的極高比電容，充放電電流增加到20 A/g時仍然可以獲得1772.1 F/g的比電容;二電極不對稱電容器測試結果表明其實際應用性能也非常優(yōu)異，比電容可達433.3 F/g(1A/g)，在0.8 kW/kg的功率密度下仍然能獲得38.5 Wh/kg的能量密度。
　　(4)使用鎳鈷醇鹽和鋅鈷醇鹽為前驅體煅