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如今,越来越多的人们关注用于清洁高效能源存储的各种电源设备,例如,锂离子电池、超级电容器、燃料电池。其中,超级电容器凭借其高功率密度,快速充放电能力和长寿命受到许多研究者的青睐。但是,由于传统双电层电容器的能量密度相对较低,限制了它们作为电源的应用。因此,最近的研究主要集中在赝电容电极材料,例如,RuO2,NiO,Ni(OH)2,CO3O4,MnO2和 NiCo2O4。它们显示出高的比电容和能量密度,这主要归因于法拉第氧化还原反应。然而,它们较差的电导率导致了较慢的电子传输速率;另一方面活性物质的可用性较低,进一步损害了它们的电化学性能。为了解决上述问题,目前主要有两种方法被广泛应用。一种是将高赝电容的材料直接掺入导电碳材料中,例如,活性炭、中孔碳、碳纳米管或石墨烯,但是通常会在碳材料上引入一些官能团,以更好地与赝电容材料键合,这将会导致碳材料的电导率降低。另一种方法是构造赝电容电极材料/导电基质混合纳米结构。具有多孔导电网络的基体提高了电子传输速率,从而提高了超级电容器的性能。传统的制备方法在设计特殊结构方面存在一定缺陷,然而金属有机骨架材料(MOFs)由于构筑单元和组成的多样性,一方面可以通过合理的设计引入不同的金属中心和官能团;另一方面MOFs材料在一定的条件下热解可以直接得到多孔碳、金属/碳、金属氧化物/碳复合材料。同时MOFs材料还可以作为模板制备出复杂结构的电极材料。例如,中空结构、蛋黄-蛋壳结构。本论文针对上述提出的问题设计并合成了具有高比电容、优异循环寿命和倍率性能的新型镍基赝电容复合材料,本论文的主要研究内容如下:(1)为了改善Ni(OH)2的容量,通过简单的水热法制备了纳米花球状的层状双氢氧化物(NiAlLDHs)电极材料。在Al(NO3)3含量为0.3705 g时,样品具有最佳的电化学性能,其在三电极体系中以10 A g-1的电流密度循环10,000次之后,容量为1213 F g-1。为了进一步提高NiAl LDHs的循环稳定性和倍率性能,合成了银耳状镍铝层状氢氧化物@聚多巴胺/还原氧化石墨烯(NiAl LDHs@PDA/rGO)复合材料。该复合材料通过在三维聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯(3D PDA/rGO)片层上生长了银耳状的NiAl LDHs纳米片,同样在三电极测试体系中,NiAl LDHs@PDA/rGO复合材料的比电容为1924.4F g-1(10 A g-1),并且在40 A g-1的大电流密度下仍可给出1582 F g-1的比容量,经过15,000次循环后比电容维持了初始容量的98.7%(20 A g-1),这主要得益于NiAl LDHs和PDA/rGO的协同作用。然后组装的NiAl LDHs@PDA/rGO//AC混合超级电容器具有较高的比容量(1 A g-1的电流密度下可以实现165.8F g-1的比容量)和优异的循环性能(10 A g-1的电流密度下循环10,000次仍可维持初始容量的93.5%)。(2)为了缓解层状双氢氧化物体积效应对材料容量的影响,通过一步水热法和离子交换法相结合合成了中空镍钴层状氢氧化物(NiCo LDHs)电极材料。在离子交换过程中,Ni(NO3)2的含量达到150 mg时,前驱体ZIF-67才能被完全刻蚀形成中空多面体纳米笼结构。此时样品在三电极测试体系中20 A g-1的电流密度下循环10,000次之后容量保持在1120 F g-1。为了进一步提高NiCo LDHs的倍率性能,通过原位生长法合成了中空镍钴层状氢氧化物/碳纳米管(NiCo LDHs/CNTs)复合材料。该复合材料的比电容在20Ag-1的电流密度下可达1731.3F g-l,并且循环20,000次仍可维持初始容量的94.3%,表明该复合材料具有良好的循环稳定性。然后组装的H-NiCo LDHs/CNTs//AC混合超级电容器在1 A g-1的电流密度下可以实现156.3 F g-1的比容量,并且在10 A g-1的电流密度下循环12,000次仍可维持初始容量的89.6%。(3)为了改善NiO半导体属性导致的自身导电性差的问题,通过简单的水热法和原位碳化法合成了蛋黄-蛋壳结构的镍/氧化镍(YS Ni/NiO)复合材料,并且研究了制备过程中的反应机理。同时通过改变前驱体中草酸的含量研究了复合材料中Ni含量对复合材料电化学性能的影响。电化学测试表明,Ni的含量为0.4g时复合材料的电化学性能最佳。此时,在15 A g-1的电流密度下比电容可达1357.2F g-1,并且在10 A g-1的电流密度下循环10,000次仍可维持初始容量的95.8%,明显优异于之前报道过的NiO电极材料。然后组装的YS Ni/NiO//AC混合超级电容器具有良好的比容量(在1 A g-1的电流密度下可以实现122.9F g-1的比容量)和优异的循环性能(在5A g-l的电流密度下循环10,000次仍可维持初始容量的93.5%)。(4)以水热法制备的NiMOFs为前驱体,然后在一定温度下进行原位碳化制备了镍纳米粒子/氮掺杂多孔碳(Ni/N-doped PC)复合材料,探索了反应机理。然后研究了碳化温度对复合材料电化学性能的影响。电化学性能测试表明,碳化温度为500℃时材料的电化学性能达到最佳。此时,该复合材料在10 A g-1的电流密度下比电容可达1114.8 F g-1,且循环5,000次仍可维持初始容量的91.5%。高的容量主要是因为在强碱溶液中Ni纳米粒子可以转换成活性物质(NiO或Ni(OH)2),改善了活性物质利用率。然后组装的Ni/N-doped PC//AC混合超级电容器在1 A g-1的电流密度下可以实现115.7 F g-1的比容量,并且在5 A g-l的电流密度下循环10,000次仍可维持初始容量的94.1%。