镍基复合材料的设计、制备以及在超级电容器中的研究

来源 :安徽理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:carole_369
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随着技术的发展,人们逐渐提高了储能装置的性能要求。超级电容器是一种具有优异性能的新型储能装置,电极材料的选择直接决定了超级电容器的储能性能,因此电极材料的研究已成为超级电容器领域研究的热点。氢氧化镍及其为基质的复合材料是极具前景的一种电极材料,其最大的优点是比电容大、材料来源广泛、价格低廉且容易制备。为了增加电极材料的反应位点,调控电极材料的形貌,增大材料的比表面积,进而制备优异性能的镍基超级电容器,本文分别研究了氢氧化镍及其为基质的复合材料作为电极在超级电容器中的应用,探讨了镍基材料的结构、形态和其电化学性质的关系。主要研究内容可归纳为以下两个方面:1、以硝酸铁和硝酸钴为原料,采用液相沉积法制备了钴酸亚铁纳米材料。再以氯化镍为镍源,采用电化学沉积法制备了FeCo2O4-Ni(OH)2微纳米材料。研究了复合材料的形貌结构,价态以及一系列的电化学性能。结果表明:泡沫镍具有优良的导电性和较高的比表面积,在泡沫镍上制备电极材料允许复合材料在充电和放电期间储存和释放更多电荷。该复合材料在4 mA·cm-2的恒定电流下具有18F·cm-2的比电容。通过1000次循环寿命测试,仍能够保持60%的容量,表明该材料具有优异的电化学性能,适用于超级电容器的电极材料。2、以硝酸钴和硝酸镍为原料,采用水热法制备了钴酸镍纳米花状材料,再以氯化镍为镍源,采用电化学沉积法制备了NiCo2O4-Ni(OH)2纳米花状材料。研究了该材料的形貌结构以及一系列的电化学性能。研究结果表明:通过调节水热时DMSO的比例以及水热时间可以调控材料的形貌,进而影响材料的电化学性能。采用水热法合成NiCo2O4纳米材料,通过电化学沉积法在NiCo2O4纳米花表面进一步包覆Ni(OH)2。通过调控电化学沉积时间,获得电化学性能最佳的NiCo2O4-Ni(OH)2复合材料。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和元素分析技术分别对制备的复合材料的晶体结构、形貌和元素分布进行一系列表征。将该镍基复合材料应用到超级电容器中,在电流密度为4 mA·cm-2条件下,其最高比电容分别可达到18 F·cm-2和20 F·cm-2
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