不同硼含量的镍氧化物/氢氧化物电极材料的制备与赝电容性能研究

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超级电容器在储能装置中占有重要的地位,近年来得到了广泛应用,影响超级电容器性能最重要因素是电极材料,而掺杂硼的镍基氧化物/氢氧化物复合电极材料具有优异的电化学性能。为得到最优的B掺杂量,选择更好的基底材料,进一步提高性能,本论文分别在铜片及泡沫铜基底上化学镀不同B掺杂量的Ni-B涂层,然后在碱性溶液中电化学氧化制备出Ni O/Ni(OH)2、Ni O/Ni(OH)2(0.5B)、Ni O/Ni(OH)2(1B)、Ni O/Ni(OH)2(2B)四种薄膜电极材料,并对得到的薄膜电极进行结构表征和电化学性能测试,主要研究结果如下:(1)通过先化学镀后电化学氧化,在铜片上成功制备出四种薄膜电极材料,由SEM/EDX、XRD及XPS测试结果可知,四种电极材料表面相结构主要由Ni O和Ni(OH)2构成,B以氧化物的形式掺杂其中;随着B掺杂量的提高,电极材料表面微球结构的颗粒数量增多,电极比表面积增大,比电容提高。循环伏安曲线中对称的氧化/还原峰揭示了制备的电极材料均具有良好的电化学活性和可逆性。恒电流充放电曲线结果表明了,随着充放电电流密度的增加,电极的放电时间和电容量均在降低,且掺杂的B含量越高,薄膜电极的比电容量越大,相对应的能量密度也越大。电极材料循环性能测试发现,在1 A/g的充放电电流密度时,经过10000次的充放电循环以后四种Ni O/Ni(OH)2、Ni O/Ni(OH)2(0.5B)、Ni O/Ni(OH)2(1B)、Ni O/Ni(OH)2(2B)薄膜电极的比电容分别达到5.7 F/g、6.4 F/g、6.5 F/g和13.7 F/g,电容的维持率分别为105%、109%、109%和189%,这表明B的掺杂量越多,循环性能就越好。由以上可知四种电极材料的电化学性能随B掺杂量的提高而提升,其中Ni O/Ni(OH)2(2B)的电化学性能最优异。(2)相似地在泡沫铜上通过先化学镀后电化学氧化的方法,成功制备出四种薄膜电极材料,由SEM/EDX、XPS、XRD等表征及循环伏安曲线、充放电测试及交流阻抗测试结果发现,FCu/Ni O/Ni(OH)2(2B)的电化学性能最好。当充放电电流密度为1 A/g,在经过3000次的充放电循环以后,FCu/Ni O/Ni(OH)2、FCu/Ni O/Ni(OH)2(0.5B)、FCu/Ni O/Ni(OH)2(1B)、FCu/Ni O/Ni(OH)2(2B)薄膜电极的比电容分别达到128 F/g、90 F/g、200 F/g和230 F/g。对比柔性铜片与泡沫铜基底,发现使用泡沫铜基底制备出的电极材料拥有更大的电容量、更高的能量密度、功率密度和更好的电化学性能。
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