鎳基納米材料-復(fù)合材料的制備及其超級電容器性能研究.pdf

1、超級電容器是介于普通電容器和電池之間的一種新型的能源儲存設(shè)備，具有高的比功率、比能量、大電流充放電能力和長的循環(huán)穩(wěn)定性，在交通運(yùn)輸、能源存儲、航空航天領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。電極材料是決定超級電容器性能表現(xiàn)的重要組成部分。作為鎳基金屬氧化物電極材料，NiO和 NiCo2O4具有豐富的來源和較高的理論比電容，近年來引起了人們的廣泛關(guān)注，但是低的導(dǎo)電率和實(shí)際比電容限制了它們的應(yīng)用。通常認(rèn)為電極材料的微觀結(jié)構(gòu)形貌、電子導(dǎo)電率和材料的多孔性是影響其

2、超級電容器性能的重要因素。鑒于電極材料較差的電子導(dǎo)電率，設(shè)計合成分層多孔的納米結(jié)構(gòu)和將電極材料與其它導(dǎo)電性好的材料復(fù)合對于提高導(dǎo)電性都是可行的方法。此外，通過調(diào)節(jié)電極材料的合成參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)材料的形貌控制進(jìn)而改善和提高其電化學(xué)性能。因此研究電極材料的形貌控制以及對其電化學(xué)性能的影響對超級電容器的性能改善以及其它電極材料的設(shè)計具有重要的意義。本課題選擇NiO和NiCo2O4兩種鎳基金屬氧化物電極材料為研究對象從形貌結(jié)構(gòu)、復(fù)合和基底三個方面來

3、改善其超級電容器性能并為其它電極材料的研究提供參考。另外，還研究了 NiCo2O4的形貌控制以及它們相應(yīng)的電化學(xué)性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用水熱法成功制備了分層多孔結(jié)構(gòu)的海膽狀NiO納米材料，這種海膽狀NiO作為電極材料應(yīng)用于超級電容器表現(xiàn)出較高的比電容和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。⑵采用一步的水熱法制備了Ag2O修飾的花球狀A(yù)g2O/NiO納米復(fù)合材料，提高了電極材料的導(dǎo)電率。另外這種獨(dú)特的花球狀分層多孔結(jié)構(gòu)具有大的比表面積（1

4、65.4m2g-1），有利于電解液和電極材料的充分接觸，使得Ag2O/NiO電極在1Ag-1的電流密度下比電容達(dá)556Fg-1，在5Ag-1的電流密度下經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后比電容為初始的103％。⑶通過簡單的溶劑熱法和水熱法制備了一種由Ni微球為核，NiCo2O4納米片為殼的Ni@NiCo2O4核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料。其中Ni核可促進(jìn)電子傳輸，NiCo2O4納米片作為活性材料具有大的比表面積和多的反應(yīng)活性位點(diǎn)，電化學(xué)測試中表現(xiàn)出了高

5、的比電容（1Ag-1時比電容為597Fg-1）、好的倍率性能和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。⑷在水熱法的基礎(chǔ)上通過調(diào)控堿源（尿素和HMTA）和NH4F的量合成了四種不同形貌的NiCo2O4納米材料（銀耳狀的NiCo2O4、花狀的NiCo2O4、海膽狀的NiCo2O4和松針狀的NiCo2O4）。添加泡沫鎳為基底，在相同的條件下合成了四種不同的泡沫鎳承載NiCo2O4納米陣列結(jié)構(gòu)。實(shí)驗結(jié)果表明堿源和NH4F對NiCo2O4的形貌結(jié)構(gòu)具有關(guān)鍵性的影響，其