基于TiO2納米管陣列的納米復(fù)合電極制備及其超電容性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器具備功率密度高、比容量高、充放電時(shí)間短、循環(huán)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在國(guó)家防務(wù)、載人航天、信息技術(shù)、儀器制造等行業(yè)擁有很大的發(fā)展?jié)摿?。但能量密度較低，是超級(jí)電容器面臨的主要問(wèn)題。電極是超級(jí)電容器最重要的組成之一，對(duì)其儲(chǔ)電性能起著決定性作用。提高電極電學(xué)特性的方法主要有使用比表面積較大的納米結(jié)構(gòu)電極以及將不同活性物質(zhì)合成復(fù)合電極。本文主要研究了TiO2納米管的生長(zhǎng)條件，探索了向納米管中沉積NiO的最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)，最后通過(guò)增強(qiáng)TiO2納米管

2、的電導(dǎo)率及其雙電層電容特性、調(diào)控納米材料微觀結(jié)構(gòu)等方法，制備高性能復(fù)合電極。
　　首先使用陽(yáng)極氧化技術(shù)制作實(shí)驗(yàn)所需的原始TiO2納米管電極。對(duì)原始TiO2電極的形貌和晶體類型進(jìn)行了表征，探究了鈦片表面的粗糙度和反應(yīng)溶液中含水量的多少在管狀陣列生長(zhǎng)過(guò)程中的作用。通過(guò)記錄并分析反應(yīng)過(guò)程中的電流-時(shí)間曲線，對(duì)反應(yīng)機(jī)理和測(cè)量結(jié)果做出了合理的解釋。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明：原始TiO2陣列電極具有雙電層特性，但其電學(xué)性能較差，當(dāng)電流密度設(shè)置為

3、0.08 mA/cm2時(shí)，測(cè)得面積比電容僅有0.6 mF/cm2。
　　其次分別使用化學(xué)浴浸漬法以及脈沖沉積法向管狀結(jié)構(gòu)中沉積氧化鎳，合成NiO/TiO2復(fù)合材料。對(duì)比分析兩種沉積方法的不同，通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，獲得形貌和性能最佳的納米電極材料，為后續(xù)制備高性能電極做好前期準(zhǔn)備。使用掃描電鏡觀察了復(fù)合材料表面的微觀結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試的數(shù)據(jù)顯示，采用電化學(xué)沉積法，在脈沖電壓為200mv時(shí)，合成的NiO/TiO2納米復(fù)合材料上的NiO顆粒較

4、小且沉積均勻，此時(shí)的復(fù)合材料性能最佳。在電流密度為0.5 mA/cm2時(shí)，比電容為90 mF/cm2。
　　最后采用一種電化學(xué)氫摻雜的方法來(lái)提高原始TiO2電極的導(dǎo)電性及電容特性，以制備高性能 TiO2@NiO復(fù)合電極材料。氫摻雜后的電極材料（H-TiO2）形貌特征并沒(méi)有大的改觀。測(cè)試結(jié)果表明：氫摻雜的方法不僅提高了原始TiO2電極的導(dǎo)電性，其雙電層特性也獲得了顯著增強(qiáng)。在電流密度為0.5mA/cm2時(shí)，獲得了71mF/cm2的面