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新能源行业的发展势头蒸蒸日上,新能源汽车,新能源电站,如雨后春笋般涌出。这必然对储能器件的电化学性能提出更高要求:只具备高能量密度或者仅仅能够占据高功率密度优势的储能器件难保不会被淘汰。决定储能器件性能的至关重要的一个因素就是电极材料。在过渡金属中,钴元素的(氢)氧化物的理论赝电容性能十分优越,成为高能量密度和高功率密度电极材料的有利候选者。一、电化学沉积氢氧化钴电极材料以钴的氢氧化物为研究对象,通过电化学沉积法在泡沫镍集流体上制备了具有花瓣堆叠状多孔的Co(OH)2纳米片状电极材料。首先,在0.1 mol·L-1的硝酸钴溶液中通过循环伏安(CV)对电化学沉积氢氧化钴的原理进行探究,发现当电位为-0.6 V至-1.0 V时,可以在泡沫镍上电化学沉积合成氢氧化钴制备超级电容器电极材料。然后本文通过控制两个变量(沉积电位和沉积液浓度)的变化,探究二者在沉积机理上的影响。紧接着,本文采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对沉积物进行表征,发现伴随着沉积电位从-0.60 V至-0.95 V(间隔0.05 V)逐步负向推移和沉积液浓度从0.1 mol·L-1至0.9 mol·L-1(间隔0.2 mol·L-1)逐渐增大沉积量越来越多,并且所沉积的物质为氢氧化钴。结合CV测试结果显示以及Scharifker-Hills导出的模型发现电化学沉积氢氧化钴是以瞬时成核的方式在泡沫镍表面成核的,随后的生长是沉积电位和沉积浓度共同控制。高电位和高Co(NO3)2浓度均可促进Co(OH)2的成核及生长,但是却使Co(OH)2的比表面积降低。本文同样采用循环伏安法(CV)和恒电流充放电测试(GCD)对所制备的电极材料进行了电化学测试,结果表明,0.1 mol·L-1 Co(NO3)2溶液中在-0.65 V下制备的Co(OH)2/NF电极比表面积最高,这种特殊的纳米网状片层形貌使得电极材料活性物质层与电解液的接触面增大,使得钴的化合物充分参与电荷存储的电化学反应中,用CV和GCD测量比电容结果依次为CCV=836 F·g-1和CGCD=725 F·g-1。当利用该电极材料做循环性能测试时,浸入2 mol·L-1 KOH溶液中并经历了 1000次循环,比电容值从836 F·g-1提高到1116 F·g-1,这是由于沉积物层间的Co(NO3)2被去除(增加了活性中心)和α-Co(OH)2转变为β-Co(OH)2(提高电极电导率)所致。二、电沉积制备复合电极材料为了改善氢氧化钴电极材料固有的导电性能差的弊端,本研究又采用电泳沉积法在泡沫镍表面预先沉积一层氧化石墨烯,然后通过300℃下低温热还原将其还原为还原氧化石墨烯,从而制得前驱体。然后再利用电化学沉积法将氢氧化钴沉积在前驱体上。经过多次实验发现由于还原氧化石墨烯涂层的引入,最佳沉积电位和沉积液浓度均有所不同,最终我们选择在0.5 mol·L-1的Co(NO3)2溶液中,采用-0.75 V、-0.85 V、-0.95 V的沉积电位下将氢氧化钴活性纳米涂层沉积在预制涂层上,制得超细纳米片所连接的网状氢氧化钴电极材料。通过SEM、XRD、XPS对沉积物进行表征,发现由于石墨烯的引入增大了比表面积并引起纳米晶粒细化,从而比表面积大大增加。CV和GCD结果显示在3 mV·s-1的扫描速率下,比电容可以达到1503 F·g-1,经过2000圈CV测试之后,比电容仍能保持在81%。表现出极佳的电化学性能。