本文關(guān)鍵詞：氫氧化鎳基電極材料的原位氧化制備及電化學(xué)性能優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：儲(chǔ)能技術(shù)可以用于可再生能源的高效開(kāi)發(fā),是解決環(huán)境污染和能源危機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。超級(jí)電容器是介于鋰離子電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲(chǔ)能元件,具有廉價(jià)環(huán)保、功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等突出優(yōu)點(diǎn),已引起國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)的廣泛關(guān)注。電極材料作為影響超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵材料之一,如何設(shè)計(jì)制備出高性能電極材料,是近年來(lái)該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題之一。Ni(OH)_2電極材料層狀結(jié)構(gòu)具有較大層間距,且成本低、環(huán)境相容性好、理論電容高,是電化學(xué)電容器優(yōu)選的電極材料之一。泡沫鎳具有結(jié)構(gòu)均一、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率高等特點(diǎn),可作為基體、集流體或者模板來(lái)構(gòu)筑三維電極材料,簡(jiǎn)化電極制備工藝,提升電化學(xué)性能。本文以硝酸銨、硝酸鋅、氨水和商品泡沫鎳為原料,通過(guò)原位氧化泡沫鎳,生成Ni(OH)_2及沉積Zn-Ni DHs(鋅鎳復(fù)合氫氧化物);采用X射線衍射儀(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微分析-X射線能譜(FESEM-EDS)、氮?dú)馕矫摳綔y(cè)試(BET)和X射線光電子能譜(XPS)等表征技術(shù)分析了所得材料的組分與結(jié)構(gòu);采用循環(huán)伏安法、恒電流充放電法和交流阻抗法測(cè)量了電極材料循環(huán)前后的電化學(xué)性能。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果涵蓋以下兩個(gè)方面:1.三維Ni@Ni(OH)_2復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究:以硝酸銨(NH_4NO_3)和泡沫鎳(Ni)為原料,在80°C恒溫24 h下,通過(guò)化學(xué)浴沉積法,在泡沫鎳襯底上,原位氧化合成氫氧化鎳/鎳(Ni@Ni(OH)_2)泡沫電極。電化學(xué)測(cè)試表明,三維Ni@Ni(OH)_2泡沫電極具有高的面積電容6.4或1.62 F/cm~2(電流密度為2.5或30 mA/cm~2)。5000次循環(huán)測(cè)試表明,前1200次循環(huán),樣品面積電容有所增加,2000和5000次后,樣品面積電容保留率約為70.4%和42%。其優(yōu)良的電化學(xué)性能主要來(lái)源于Ni(OH)_2與泡沫鎳襯底緊密結(jié)合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使電解液離子可以快速有效地?cái)U(kuò)散到活性材料表面,同時(shí)提高了電子的傳輸速率。研究同時(shí)表明,循環(huán)后Ni@Ni(OH)_2的孔隙率和比表面積下降,減少了電解液與活性材料的接觸面積,影響了離子擴(kuò)散效率,從而導(dǎo)致了該樣品電極較差的循環(huán)性能。2.三維Ni@Zn-Ni DHs復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能的研究:以硝酸鋅、氨水和泡沫鎳為原料,通過(guò)化學(xué)浴沉積法,在泡沫鎳襯底上,原位氧化生長(zhǎng)和沉積Zn-Ni DHs納米片陣。電化學(xué)測(cè)試表明,Ni@Zn-Ni DHs納米片表現(xiàn)出良好的比電容:1 A/g下比電容為746.2 F/g(4.27 mA/cm~2下面積電容為3.18 F/cm~2)。Ni@Zn-Ni DHs電極在3000次充放電循環(huán)后比電容衰減29%。其優(yōu)良的電化學(xué)性能主要來(lái)源于:一方面,Zn-Ni DHs納米薄片構(gòu)建的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不僅為電解質(zhì)離子的吸附作用提供了大量的位點(diǎn),而且提供了電荷在電解質(zhì)與活性物質(zhì)Zn-Ni DHs之間進(jìn)行傳輸?shù)挠行窂?另一方面,在泡沫鎳上直接生成的Zn-Ni DHs納米薄片增強(qiáng)了活性材料和基體之間的電接觸,有效提高了活性材料的利用率。通過(guò)對(duì)循環(huán)后樣品的XRD、FESEM分析,討論了循環(huán)后比電容衰減的原因。循環(huán)后Zn-Ni DHs納米薄片發(fā)生團(tuán)聚和皺縮,減少了電解液與活性材料的接觸面積,導(dǎo)致樣品循環(huán)過(guò)程中性能不斷衰減。
【關(guān)鍵詞】：泡沫鎳 氫氧化鎳 原位氧化 三維電極 超級(jí)電容器
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述11-27
• 1.1 引言11
• 1.2 超級(jí)電容器概述11-15
• 1.2.1 超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.2 超級(jí)電容器的特點(diǎn)12-13
• 1.2.3 超級(jí)電容器與電池和傳統(tǒng)電容器的比較13-15
• 1.2.4 超級(jí)電容器的應(yīng)用15
• 1.3 超級(jí)電容器的分類15-18
• 1.3.1 雙電層電容器16-17
• 1.3.2 贗電容電容器17
• 1.3.3 混合型電容器17-18
• 1.4 超級(jí)電容器的電極材料18-24
• 1.4.1 電極材料的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)18-19
• 1.4.2 碳材料19-21
• 1.4.3 導(dǎo)電聚合物21
• 1.4.4 過(guò)渡族金屬氧化物/氫氧化物21-24
• 1.5 研究目的與研究?jī)?nèi)容24-27
• 1.5.1 研究目的24-25
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容25-27
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分27-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備27-28
• 2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程28-29
• 2.3.1 三維Ni@Ni(OH)_2復(fù)合材料的制備28
• 2.3.2 三維Ni@Zn-Ni DHs復(fù)合材料的制備28-29
• 2.4 分析方法及表征29-30
• 2.4.1 X射線衍射分析29
• 2.4.2 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微分析29-30
• 2.4.3 氮?dú)馕矫摳綔y(cè)試分析30
• 2.4.4 X射線光電子能譜分析30
• 2.5 電化學(xué)測(cè)試方法30-33
• 2.5.1 循環(huán)伏安測(cè)試30-31
• 2.5.2 恒電流充放電測(cè)試31
• 2.5.3 交流阻抗測(cè)試31-33
• 第三章 三維Ni@Ni(OH)_2 納米復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 結(jié)果和討論33-44
• 3.2.1 物相與微觀結(jié)構(gòu)分析33-37
• 3.2.2 電化學(xué)性能分析37-41
• 3.2.3 循環(huán)后Ni@Ni(OH)_2電極性能衰減原因41-44
• 3.3 小結(jié)44-47
• 第四章 三維Ni@Zn-Ni DHs復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 結(jié)果和討論47-56
• 4.2.1 物相與微觀結(jié)構(gòu)分析47-51
• 4.2.2 電化學(xué)性能分析51-54
• 4.2.3 循環(huán)后Ni@Zn-Ni DHs電極性能衰減原因54-56
• 4.3 小結(jié)56-57
• 第五章 總結(jié)和展望57-59
• 5.1 總結(jié)57-58
• 5.2 展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-67
• 致謝67-69
• 碩士期間發(fā)表的論文及研究成果69

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本文編號(hào)：380794