论文部分内容阅读
超级电容器（Supercapacitor）作为一种电能存储设备,由于它功率密度高,充电/放电率快,循环寿命长和环境友好等优点被广泛关注。超级电容器的电化学性能的好坏取决于电极材料,电极材料主要包括碳材料、金属氧化物、过渡金属氧化物/氢氧化物和导电聚合物。在电极材料中,镍钴氧化物（NiCo2O4）因其合成简单、资源丰富、环境友好,理论比电容大等优点受到研究者的关注。但是镍钴氧化物的稳定性及导电性能较差,因此把过渡金属氧化物和碳材料相结合提高其性能成为当前研究的热点。此外,合适的基底也起着至关重要的作用,如镍泡沫,由于高孔隙度、大的比表面积和独特的三维网络结构,已被广泛应用于电极材料中。本文采用简单的一步水热和煅烧过程,在泡沫镍（NF）上合成均匀的碳/镍钴氧化物（C/NiCo2O4）介孔纳米针阵列复合材料。采用X-射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、比表面积和孔隙度分析仪（BET）对泡沫镍/镍钴氧化物（NF/NiCo2O4）及泡沫镍/碳/镍钴氧化物（NF/C/NiCo2O4）纳米复合材料的结构组成和形貌进行了表征。经循环伏安测试（CV）和恒流充放电测试（GCD）,考查了NF/NiCo2O4及NF/C/NiCo2O4在碱性电解液中的电化学表现。研究结果如下:（1）负载在NF上的NiCo2O4和C/NiCo2O4结构均为纳米针阵列,但是C/NiCo2O4的结构更加均匀,纳米针的直径也更小一些。除此之外,元素分布图表明了Ni,Co,O和C元素均匀地分布在复合材料中;（2）BET测试表明,C/NiCo2O4纳米针阵列具有介孔结构,而NiCo2O4纳米针阵列具有介孔和微孔结构;（3）当电流密度为2 mA cm-2时,NF/C/NiCo2O4复合材料的面积比电容达到4.974 F cm-2;电流密度为10 mA cm-2时,其面积比电容仍为2.928 F cm-2,在20 mA cm-2时循环2000圈后,其比电容的保留率仍有81%。作为对比,2 mA cm-2时NF/NiCo2O4的比电容为2.355 F cm-2;10 mA cm-2时比电容为1.808 F cm-2;20 mA cm-2时循环2000圈后,其比电容保留率为70%;（4）电化学测试表明,C和NiCo2O4具有协同作用,合成的复合材料有更高的比电容,更好的循环稳定性。为了更进一步研究碳材料和过渡金属化合物之间的相互作用,本文通过水浴和一步水热的方法合成了泡沫镍/还原氧化石墨烯/镍锰双氢氧化物（NF/RGO/Ni-Mn LDH）复合材料。其中,氧化石墨烯直接被泡沫镍还原合成泡沫镍/还原氧化石墨烯（NF/RGO）。采用XRD、XPS、SEM对NF/RGO/Ni-Mn LDH纳米复合材料的结构组成和形貌进行了表征。通过CV、GCD考察了泡沫镍/镍锰双氢氧化物（NF/Ni-Mn LDH）材料和NF/RGO/Ni-Mn LDH纳米复合材料在碱性电解液中的电化学性能。研究结果如下:（1）SEM表征结果显示,镍锰双氢氧化物（Ni-Mn LDH）在NF/RGO表面呈现出纳米片结构;（2）在电流密度为1 A g-1时,NF/RGO/Ni-Mn LDH的比电容为2250 F g-1,且在电流密度升到10 A g-1时,其比电容为1440 F g-1。表明NF/RGO/Ni-Mn LDH相对于Ni-Mn LDH/NF(1 A g-1时,1068 F g-1;10 A g-1时,440 F g-1)具有更高的倍率性能;（3）电化学测试表明,RGO和Ni-Mn LDH具有协同作用,复合材料有更高的比电容,更好的导电性和循环稳定性。