论文部分内容阅读
超级电容器因其高功率和长循环寿命等优点而在电子器件和移动电子设备中得到了大量的应用。电极材料是影响超级电容器性能的重要因素之一，镍基电极材料具有相对较低的成本，高比电容及良好的循环寿命等特性，是一种受到广泛关注的赝电容电极材料。然而，目前仍存在一些问题阻碍了镍基电极材料的实际应用，比如繁琐的制备步骤或不稳定的材料结构等。阳极氧化法是一种简单、快速，可大面积制备纳米多孔膜的方法，已成功应用于阀金属Ti、Al、Nb、Zr等，所制备材料在传感器、光催化及超级电容器等领域均有良好应用前景。阳极氧化膜一般都具有与基体金属结合牢固、为载流子提供快速输运通道等优点，因此，本论文的研究目标是利用阳极氧化法快速制备有优异电化学性能的镍基电极材料，以解决上述超级电容器应用中面临的实际问题。本文研究了阳极氧化电压、时间和溶液成分对所制备镍基电极材料的影响，确定了较佳的阳极氧化参数和溶液配方，对此条件下制备的镍基阳极氧化膜进行了详细的形貌、组织和电化学性能的表征及测试，并对其储能机理进行了研究。利用阳极氧化法制备镍基电极材料的较佳溶液配方和制备参数为：1wt%NH4F+80wt%H3PO4、3.5V、30min。测试结果表明，镍片经阳极氧化后表面原位生成了一层海绵状的多孔膜，膜层具有较大的比表面积；镍基阳极氧化膜（PNC）主要由NiF2和Ni（OH）2两相组成，两者的摩尔含量比大约为6:1。在1M NaOH溶液中利用循环伏安、交流阻抗及恒流充放电等测试方法考察了PNC的电化学性能，证明了PNC具有很高的比容量（2090F/g）、功率密度及较好的循环寿命（循环测试500次后比电容仅衰减8%）。在充放电过程中，PNC最初主要通过NiF2转变为NiOOH来存储能量，然后通过NiOOH还原为Ni（OH）2来释放能量。随着充放电的反复进行，PNC的储能与放电过程逐渐转变为Ni（OH）2和NiOOH的可逆反应。