掺杂NiO纳米空心管制备及电化学性能研究

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超级电容器,它是一种用于储能的元件,其原理基于电极/溶液界面的电化学过程。它既有可以和电池相比拟的储能能力,又有像静电电容器一样的大的放电功率。因为其众多的突出的优点,使其不可避免的成为了世界各国重点关注和研究的热点。其中电极材料是影响超级电容器的一个重要因素。由于氧化镍(Ni O)对环境友好、成本低廉、易合成,最重要的是,NiO具有很高的理论比电容2584F/g,这些优点使NiO成为一种最可能实际应用的理想电极材料,也因此受到研究者们的极大的关注。氧化镍的导电性能比较差,在电解液中离子的迁移速度慢,导致它的利用率不高。因此本文用静电纺丝的方法来制备掺入良好导电性物质的NiO纳米空心管,以提高其比表面积和导电性,进而提高所制备电极的电化学性能。采用静电纺丝的方法,制备具有空心结构的镧掺杂Ni O电极,其掺杂比例为La:Ni=0:1,1:1,1:2,1:4(摩尔比)。制得的电极在7mol/L KOH电解液中进行电化学性能测试,其中发现当La:Ni=1:2时,为最佳的比例,电化学性能最好。当以物质的全部质量来算,在电流密度为0.5A/g时,其容量有257.8 F/g,如果仅仅计算NiO的质量,其容量可以高达942 F/g,比纯的NiO的电容量高了14倍。在经过1000次的充放电测试后,容量仍然能保持在90%左右,有良好的循环稳定性。利用静电纺丝的制备工艺,用Ag对NiO进行掺杂,掺杂的量为AgNO3:镍盐=1%,2.5%,5%,10%(质量比),制备得到有高比表面积的空心纳米纤维。分别系统的对它们的形貌、晶型、比表面积及孔径等进行了分析。在7mol/L KOH电解液中对其电化学性能进行测试,发现掺杂比为5%时,电化学性能最好,在电流密度为0.5A/g时,其电容量可以达到200 F/g;在经历了1000次的充放电测试之后,电极的电容量的保持率可以达到95.6%;导电性能好,其法拉第电阻为2.59?。根据前两部分实验得出的结果,采用静电纺丝的方法对不同比例的银掺杂NiO/LaNiO3(La:Ni=1:2)的电极进行制备。其掺杂的比例为硝酸银:(硝酸镍+硝酸镧)=1%,2.5%,5%,10%。改变银掺杂的比例,可得到不同含量的复合纳米纤维。在7mol/L KOH电解液中对其电化学性能进行测试,其中发现5%为最佳的比例,电化学性能最好并且也优于前面的两种实验方法。其容量可以达到385.7 F/g在电流密度为1A/g的情况下;在进行1000次的恒流充放电之后,其电容量的保持率可以达到97%;导电性能也得到较大的提高,其法拉第电阻为0.79?。
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