【摘 要】
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水滑石作为一类新型基础功能材料,其独特的物理化学特性引起了人们的广泛关注。目前对其在电容器方面的研究主要集中于以片状水滑石为电极材料,通过涂覆或电沉积的方式获得单电
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水滑石作为一类新型基础功能材料,其独特的物理化学特性引起了人们的广泛关注。目前对其在电容器方面的研究主要集中于以片状水滑石为电极材料,通过涂覆或电沉积的方式获得单电极。因此探究简单的电极制备方法,合成多形貌及掺杂态的水滑石,提高水滑石作为电极材料的电容器性能等课题更具有现实意义。本文针对目前水滑石电极材料的研究现状,探究了原位法制备水滑石修饰电极;采用水热/溶剂热法构筑特殊形貌的水滑石;基于水滑石前驱体,设计金属掺杂和碳载水滑石电极材料,用于提高水滑石材料的电容性能等。主要研究内容包括:
⑴利用泡沫镍基体具有发达的三维网络结构,采用原位生长的方法,将活性物质镍铝水滑石均匀地分散到泡沫镍基体表面,提高修饰电极在电解液中的电容性能。
⑵采用乙醇/水溶剂热法,在不同乙醇和水的比例条件下合成出结晶度较好的镍铝水滑石产物。随着溶液中乙醇含量的逐渐增加,镍铝水滑石的形貌由六边形片状结构逐渐转变为多孔的花状结构。具有较高比表面积的多孔结构水滑石在大电流密度下(12 A·g-1)表现了较高的比容量(477 F·g-1)和较好的循环稳定性。实验结果说明乙醇作为一种表面活性助剂在控制产物形貌、比表面积等方面中发挥着重要作用。
⑶采用乙醇/水溶剂热法合成出了结晶度较高的锂铝水滑石,探究了金属离子比例、乙醇浓度、煅烧温度对产物结构和形貌的影响。研究发现,随着乙醇含量的改变,锂铝水滑石表现出不同的形貌,在6.6 A·g-1的电流密度下,锂铝水滑石单电极表现出887 F·g-1的放电比容量和相对优异的循环性能。
⑷通过同晶取代的方式将锂、钴金属元素掺杂到镍铝水滑石中,获得了不同金属掺杂的镍铝基水滑石,考察了不同掺杂元素、掺杂量对水滑石晶体结构、形貌及性能的影响。研究发现掺杂的镍铝基水滑石均结晶度较好,粒径分布均匀且尺寸较小,质量分数较低(33%)的钴掺杂水滑石电极具有更好的电化学活性。
⑸采用一步法,在不同的水/乙醇溶剂热环境下,制备了镍铝水滑石/碳复合物,考察了尿素和葡萄糖作为沉淀剂对产物结构、形貌和性能的影响。以尿素为沉淀剂的水滑石。复合物虽具有良好的结晶度,但产物易出现相分离,复合物电化学性能较差。相比而言,在适宜的乙醇浓度下,未添加尿素的复合物电极由于片状结构的疏松堆叠,表现出相对优异的电容性能。
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