高性能NiCo(OH)4-NiO复合电极材料制备及电化学性能研究

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由于在充放电过程中,赝电容器电极材料不仅表面发生带电粒子吸附/脱附,同时发生氧化还原反应,相比其他储能设备,赝电容器具有更大比电容值和更快充放电速率,因此使得赝电容器在储能领域备受研究学者关注。但是随着氧化还原反应的进行,电极材料活性物质不断消耗,进而影响赝电容器使用寿命。与碳电极材料(比表面积约为44m~2 g-1)相比,金属氧化物/氢氧化物(比表面积约为13 m~2 g-1)比表面积较小,不能提供足够活性位点吸附电荷,进而制约赝电容器电化学性能。为了提高赝电容器比电容和循环使用寿命,本文采用水热法结合电泳沉积制备工艺,以Ni、Co为原材料,尿素和氟化铵为添加剂,通过控制Ni、Co物质量比和水热反应温度制备前驱体NiCo(OH)4电极材料,再结合电泳沉积,在前驱体上复合Ni O,生成具有大比表面积、优良电化学性能的NiCo(OH)4-Ni O复合电极材料,系统研究制备工艺对该电极材料形貌与电化学性能影响,详细见下:首先采用水热法制备NiCo(OH)4电极材料。其他条件相同情况下,选择Ni、Co物质量比分别为1:1、1:2、1:3和1:4,制备纳米片状NiCo(OH)4电极材料,通过不同表征测试,分析其微观形貌,并结合电化学性能测试电极材料性能。研究发现,当选用Ni、Co盐物质量比为1:2时,制备得到纳米片状NiCo(OH)4电极材料比电容达到最大,在电流密度为1 A g-1时比电容为1033 F g-1。在水热法制备前驱体NiCo(OH)4电极材料基础上进行电泳沉积,制备纳米级NiCo(OH)4-Ni O复合电极材料。通过SEM、TEM、XRD、XPS等测试表征,发现NiCo(OH)4是由纳米片组成的球形花状结构,Ni O以纳米棒状结构沉积在NiCo(OH)4表面。NiCo(OH)4本身具有较大比表面积,可以提供较多活性位点,与沉积在表面的Ni O协同作用提供更高的比电容。为了研究水热反应温度对所制备材料性能的影响,分别以70℃、90℃、100℃和110℃的水热反应温度进行比较。结果表明,水热反应温度为90℃时,制备的纳米级NiCo(OH)4-Ni O-90电极材料比电容最大,电流密度为1 A g-1时达到2129F g-1,经过1000次充放电循环后比电容保持率为84%。在前驱体NiCo(OH)4表面电泳沉积生长纳米棒状Ni O可以极大提高比电容,这是由于生长在纳米片上的棒状Ni O可以提高材料比表面积,提供更多活性位点,在充放电过程中,Ni O参与氧化还原反应,提供更多自由移动电荷。水热法结合电泳沉积制备工艺为赝电容器电极材料实际工业化制备提供思路。
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