氫氧化鎳納米復(fù)合石墨烯的制備及其超級(jí)電容器的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2020-03-30 10:24

【摘要】：氫氧化鎳由于具有較好的電化學(xué)性能和無(wú)污染等特點(diǎn),在鎳基二次電池(如鎳氫電池、鋅鎳電池、鎘鎳電池)、電化學(xué)超級(jí)電容器、電化學(xué)傳感器、吸波材料等領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用,是一類非常重要的功能材料,尤其是其作為電化學(xué)儲(chǔ)能材料一直以來(lái)受到廣泛的關(guān)注。本文主要圍繞氫氧化鎳表面修飾摻雜、復(fù)合、可控制備及其電化學(xué)儲(chǔ)能性能上的應(yīng)用進(jìn)行探討,并對(duì)所制備的復(fù)合材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)及形貌等表征。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)以氫氧化鈉為沉淀劑,采用一步水熱法成功制備了β-Ni(OH)_2原位復(fù)合還原氧化石墨烯(rGO)的電極材料。Raman表明在熱堿環(huán)境中經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)后,氧化石墨烯被還原,導(dǎo)電性得到提高。FESEM分析表明復(fù)合石墨烯能有效抑制氫氧化鎳納米粒子團(tuán)聚,有利于提高活性物質(zhì)的利用率。電化學(xué)性能測(cè)試表明,在氫氧化鎳中復(fù)合石墨烯能有效地提高材料的導(dǎo)電性能、增強(qiáng)擴(kuò)散速度,降低電化學(xué)反應(yīng)電阻,尤其是改善了材料的大電流充放電性能。其中,電化學(xué)性能最佳的復(fù)合材料,在1 A g~(-1)時(shí)比電容為1975 F g~(-1),甚至在電流密度為30 A g~(-1)時(shí),仍具有1097 F g~(-1)的比電容。(2)為提高超級(jí)電容器的工作電壓,增大其能量密度,通過(guò)引入rGO作為負(fù)極,以上述制備的復(fù)合材料作為正極組裝非對(duì)稱超級(jí)電容器,并進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。當(dāng)電流密度為0.5 A g~(-1)時(shí),比電容可達(dá)97 F g~(-1);當(dāng)電流密度為10 A g~(-1)時(shí),比電容還能保持64 F g~(-1),具有較好的倍率性能。該裝置在3 A g~(-1)下循環(huán)3000次后,其比電容保持率為74%,顯示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。而且在功率密度為0.39 kW kg~(-1)時(shí),其能量密度為32.4 Wh kg~(-1)。(3)以尿素為沉淀劑,采用一種簡(jiǎn)便、可控的共沉淀法合成了具有三維介孔結(jié)構(gòu)的鋁摻雜α-Ni(OH)_2復(fù)合rGO的電極材料。通過(guò)復(fù)合rGO,大大的增加了材料的比表面積,顯著增大電極材料與電解質(zhì)的接觸面積,從而明顯改善電化學(xué)性能。其在1 A g~(-1)時(shí)比電容為2558 F g~(-1),甚至在電流密度為30 A g~(-1)時(shí),仍具有1925 F g~(-1)的比電容。此外,在兩電極體系下進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試中,當(dāng)功率密度為0.39 kW kg~(-1)時(shí),其能量密度為46.4 Wh kg~(-1)。在3000次循環(huán)后(在3A g~(-1)的電流密度下)保持72%的初始容量,顯示出高倍率性能和長(zhǎng)周期壽命。這種復(fù)合材料性能的提高歸結(jié)于其獨(dú)特的三維層狀介孔結(jié)構(gòu)。
【圖文】：