本文關(guān)鍵詞：氫氧化鎳基復(fù)合電極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究

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【摘要】：隨著人們對(duì)綠色能源和生態(tài)環(huán)境兩方面的重視，超級(jí)電容器（Supercapacitor，SC）——一種新型儲(chǔ)能器件，日益受到關(guān)注。其電荷存儲(chǔ)能力遠(yuǎn)高于物理電容器，而充放電速率和效率優(yōu)于一次或充電電池。研發(fā)兼具高的能量密度和功率密度的超級(jí)電容器是當(dāng)代科學(xué)工作者所聚焦的工作。而提高超級(jí)電容器的性能與電極材料、電解液和隔膜的種類及性能密不可分。 贗電容是通過(guò)電活性物質(zhì)在電極表面發(fā)生高度可逆的氧化還原反應(yīng)來(lái)完成能量存儲(chǔ)的。與電極/電解液界面電荷的單純靜電累積產(chǎn)生雙電層電容相比，贗電容器具有相對(duì)高的能量密度和功率密度，尤其當(dāng)電極材料為稀貴金屬氧化物如RuO2時(shí)。實(shí)現(xiàn)雙電層電容的電極材料通常是碳，而贗電容電極材料主要為過(guò)渡族氧化物或氫氧化物，以及導(dǎo)電聚合物。近年來(lái)，從輕質(zhì)、低成本和高性能儲(chǔ)能器件的應(yīng)用要求出發(fā)，尤其是隨著便攜式電子器件的快速發(fā)展和電動(dòng)汽車電源系統(tǒng)的不斷提升，在全世界范圍內(nèi)掀起了對(duì)其它非貴金屬氧化物或氫氧化物作為電極材料的研究。其中氫氧化鎳（Ni(OH)2）具有高的理論比電容和價(jià)格低廉的特點(diǎn)，但是導(dǎo)電性不佳，而且在充放電過(guò)程中存在穩(wěn)定性降低的問(wèn)題，限制了這種贗電容材料的推廣應(yīng)用。納米碳材料石墨烯具有許多優(yōu)異的性能，如高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，而且單層石墨烯理論比表面積接近于3000m2/g，理論比電容高于500F/g。將石墨烯與Ni(OH)2加以復(fù)合，有望產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，獲得新型、高性能的超級(jí)電容器電極。此外，針對(duì)單一氫氧化物活性電極材料存在的穩(wěn)定性差的弊端，還可以通過(guò)添加多元?dú)溲趸?氧化物研究解決,同時(shí)提高Ni(OH)2的利用率、減少電化學(xué)活性物質(zhì)用量，提高比電容，建立一種混合電極體系，使電極材料在保持其自身高電容性能的同時(shí)兼具有良好的穩(wěn)定性能。 采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD）的方法，以泡沫鎳（Ni Foam，NF）作為生長(zhǎng)碳材料的基底和超級(jí)電容器的集電極，通過(guò)調(diào)控沉積條件，分別獲得了水平和豎直生長(zhǎng)（碳納米墻）形貌的石墨烯納米碳材料（分別表示為HG和VG）；以HG/NF和VG/NF為基底，利用電化學(xué)沉積技術(shù)，生長(zhǎng)Ni(OH)2納米片多孔薄膜，制備復(fù)合電極材料。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，水平生長(zhǎng)的石墨烯納米片基底上電化學(xué)沉積的Ni(OH)2雖然具有極好的循環(huán)穩(wěn)定性，但比電容限制在了2000F/g以下；而豎直定向生長(zhǎng)的石墨烯納米片基底上生長(zhǎng)的Ni(OH)2的比電容值雖然高達(dá)2539F/g（在電流密度為2.3A/g的條件下），但是循環(huán)穩(wěn)定性卻被大大削減。因此，本論文主要以Ni(OH)2/碳納米墻/NF作為電極材料體系，在保持其高比電容的同時(shí)，同時(shí)具有與Ni(OH)2/HG/NF復(fù)合材料相匹敵的穩(wěn)定性，從而提高超級(jí)電容器電極的綜合電化學(xué)性能。開展的具體研究工作如下： 首先利用PECVD方法制備碳納米墻，沉積時(shí)間為30min，并將其作為電化學(xué)沉積Ni(OH)2的基底，通過(guò)以電沉積時(shí)間為變量，從而找到Ni(OH)2與碳納米墻的最佳質(zhì)量比。結(jié)果表明電化學(xué)沉積時(shí)間為12min時(shí)，即當(dāng)氫氧化鎳的擔(dān)載量在0.4mg左右時(shí)，生成的氫氧化鎳為β相，在23.1A/g的電流密度下，比電容為1534F/g；電極經(jīng)過(guò)2000次恒流充放電循環(huán)后，比電容降為原來(lái)的46%左右。 為了進(jìn)一步提高復(fù)合材料電化學(xué)綜合性能，在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上又分別采取摻鈷和對(duì)基底進(jìn)行脫氣預(yù)處理的辦法。實(shí)驗(yàn)表明：（1）當(dāng)Co2+的摩爾含量為Ni2+的5%時(shí)，生成的是α-Ni(OH)2，呈現(xiàn)出厚度較為均勻的納米薄片狀結(jié)構(gòu)，厚度約12nm，其性能最佳，其比電容可達(dá)2905F/g（23.1A/g電流密度下），經(jīng)過(guò)2000次的循環(huán)充放電之后，其比電容保持率為69%；（2）對(duì)碳納米墻基底進(jìn)行脫氣預(yù)處理后，獲得了初始比電容值較低，但在電化學(xué)充放電過(guò)程的激活作用下，無(wú)論是在比電容還是在循環(huán)穩(wěn)定性上都得到了極大提高的復(fù)合電極材料。
【關(guān)鍵詞】：超級(jí)電容器 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 恒電流電沉積 垂直定向石墨烯（碳納米墻） 氫氧化鎳 氫氧化鈷 預(yù)處理
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB331;TM53
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 引言11-12
• 1.2 超級(jí)電容器的簡(jiǎn)介12-25
• 1.2.1 超級(jí)電容器的定義12
• 1.2.2 超級(jí)電容器的分類及原理12-15
• 1.2.2.1 雙電層電容器13-14
• 1.2.2.2 贗電容電容器14
• 1.2.2.3 混合超級(jí)電容器14-15
• 1.2.3 超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)15-16
• 1.2.4 超級(jí)電容器的重要組成部分16-23
• 1.2.4.1 隔膜16-18
• 1.2.4.2 電解液18-19
• 1.2.4.3 電極材料19-23
• 1.2.5 超級(jí)電容器的主要功能23-24
• 1.2.6 超級(jí)電容器的應(yīng)用24-25
• 1.3 選題依據(jù)25-27
• 第二章 實(shí)驗(yàn)儀器及方法介紹27-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)中所用到的試劑27-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)中所用到的儀器設(shè)備28-29
• 2.3 實(shí)驗(yàn)樣品的制備29-30
• 2.3.1 泡沫鎳的預(yù)處理29
• 2.3.2 碳納米墻的制備29
• 2.3.3 電極的預(yù)處理29
• 2.3.4 電解液的配制29
• 2.3.5 Ni(OH)_2、Co(OH)_2的沉積原理29-30
• 2.4 實(shí)驗(yàn)樣品的表征30-31
• 第三章 氫氧化鎳/碳納米墻復(fù)合電極材料的形貌優(yōu)化31-41
• 3.1 引言31-32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方案32
• 3.3 實(shí)驗(yàn)表征及結(jié)果32-40
• 3.4 小結(jié)40-41
• 第四章 活性物質(zhì)、碳納米墻基底的處理對(duì)復(fù)合材料性能的影響41-59
• 4.1 通過(guò)摻雜實(shí)現(xiàn)電極材料電化學(xué)性能的優(yōu)化41-50
• 4.1.1 引言41-42
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)方案42
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)表征及結(jié)果42-49
• 4.1.4 小結(jié)49-50
• 4.2 通過(guò)基底預(yù)處理實(shí)現(xiàn)電極材料電化學(xué)性能的優(yōu)化50-59
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)方案50
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)表征與結(jié)果50-57
• 4.2.3 小結(jié)57-59
• 第五章 總結(jié)59-61
• 參考文獻(xiàn)61-69
• 作者在校期間所取得的科研成果69-71
• 致謝71

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 葉代啟,梁紅;高性能MH/Ni電池正極助劑研究[J];電池;1998年01期

2 袁安保,張鑒清,丁萬(wàn)春,成少安,曹楚南;金屬鈷對(duì)泡沫型鎳電極及Ni/MH電池性能的影響[J];電化學(xué);1999年03期

3 任曉敏;金政;秦川麗;劉羽熙;李博弘;王淑紅;孫立國(guó);;電沉積液中不同鎳鋅比對(duì)超級(jí)電容器正極材料Ni(OH)_2電容性能的影響[J];黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);2009年05期

4 于維平;楊曉萍;孟令款;劉兆哲;;電沉積法制備摻雜鈷的氫氧化鎳電極材料及其容量特性[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2005年06期

5 楊一明;于維平;;摻雜Co(OH)_2對(duì)超級(jí)電容器正極材料Ni(OH)_2性能的影響[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2011年05期

6 鄧瑩;孫黎黎;;簡(jiǎn)析超級(jí)電容器行業(yè)現(xiàn)狀、前景與進(jìn)入壁壘[J];科技創(chuàng)業(yè)月刊;2012年06期

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本文編號(hào)：973247