面向柔性电极的氧化镍超薄纳米花片制备及储能性能的研究

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随着能源危机的到来和环境问题的增多,基于超级电容器概念发展的储能设备,因其高功率密度,快速充电能力和长寿命等优点而备受关注。众所周知,决定超级电容器电化学储能性能关键因素是电极材料,因此开发新型超电容电极材料成为当前的研究热点之一。在各种过渡金属氧化物材料中,NiO具有价格低廉、易合成、高理论比容量、无毒且环境友好等优点,作为电池型电容材料之一,其开发与研究备受关注,具有重大意义。本论文基于简单的电解技术制备出了具有超薄纳米花片状形貌的氧化镍电极材料,对材料的晶体学结构、形貌特征等物理特性进行研究,并对材料作为碱性超电容正极材料活性进行了表征,进一步探索了不同制备条件对NiO超薄纳米花片电极材料的电化学储能性能的影响。本论文的主要研究内容如下:1、首先,对所制备的NiO超薄纳米花片的物理特性进行了表征。通过XRD证实了NiO的晶体学结构,并由此推断出基于电解技术的电化学反应。其次,通过TEM技术对材料的围观形貌特征进行了观察,从而证实了该NiO产品是由大量超薄纳米花片基本单元所构成的团簇结构,并且暗示了该材料较高的比表面积;再者,通过对柔性电极的SEM及EDS表征,进一步证实,NiO超薄纳米片材料作为柔性电极活性物质,与导电剂具有高度兼容性。2、对所制备的NiO所组装的柔性电极在碱性体系中的储能活性进行了电化学测试。结果表明,当电流密度为0.5A/g,NiO超薄材料的比容量为165mAh/g。当电流密度增大到10A/g放电比容量为之前的89%,展示了良好的倍率性能。另外,在电流密度0.5A/g下并经过10000次恒电流充放电测试后,NiO材料的库伦效率仍然可以保持在90%以上,意味着材料的稳定性能良好。3、以NiO超薄材料电极作为正极,商业的Fe2O3作为负极,组装成全固态电池,并对单体电池的性能进行了测试。结果表明,当电流密度为0.5A/g时,单体电池中NiO柔性电极的比容量为116.52mAh/g。当电流密度增大到10A/g时,放电比容量依然为之前的85%,显示出良好的倍率性能。此外,在能量密度为21.6Wh kg-1时,展现了2179.1W kg-1的高功率密度,表明电极材料具有良好的应用前景。4、进一步对各种制备条件对材料活性的影响进行了系统研究。分别研究了电解液浓度,反应温度,时间间隔以及前驱体对材料储能性能的影响。结果表明,电解液浓度,反应温度和时间间隔都会影响NiO材料的比容量和倍率性能。通过对比,得到了最优条件下性能较好的NiO材料。另外,进一步对前驱体材料的电化学活性进行了初步研究。
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