超级电容器镍基电极材料的合成与性能研究

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镍及其化合物在电池上的应用已有一百多年的历史了。目前,对于镍及其化合物在超级电容器电极材料应用方面的研究日益增多,前期研究表明电极材料的形貌、结构等对其电化学性能的影响巨大,因此镍基电极材料的研究主要集中在材料尺寸和形貌可控合成以及其对电化学性能的影响规律。本文通过采用水热合成法成功制备出三种镍基纳米电极材料,包括:具有中空结构的氢氧化镍纳米微球、花状的氢氧化镍纳米微球以及氧化镍多孔疏松纳米棒。运用XRD、SEM、TEM等现代测试方法对获得的镍基电极材料的物相、形貌及微观结构进行了系统的表征分析。同时采用循环伏安法(CV)、计时电位法(CP)和电化学阻抗(EIS)对上述镍基纳米电极材料的电化学性能进行了测试分析。电化学性能测试结果显示上述三种镍基纳米电极材料的CV曲线均出现了明显的氧化还原峰,表明所得到的三种物质具有赝电容特性。不论是β-Ni(OH)2的中空纳米微球还是α-Ni(OH)2花状纳米微球,在2mA的电流下都有着超过1000F/g的比电容,随着充放电电流增大,比电容相应的出现下降的趋势。而经过煅烧处理的NiO多孔疏松纳米棒则具有400F/g左右的比电容,并展现出了良好的循环稳定性能,200次充放电循环后比电容仅下降5%。电化学阻抗测试(EIS)表明,对于上述三种镍基纳米电极材料,电荷转移电阻和Warburg阻抗相互作用,共同影响电极材料的内阻,随着充放电反应的进行,其内阻会逐渐增大。本文所合成的三种超级电容器镍基纳米电极材料具有比电容高、循环稳定性佳的特点,其综合电化学性能相比普通镍基电极材料有了较大的提升,未来有望应用新能源汽车超级电容器的设计开发,同时本实验所采用的一步水热合成方法(one-pot hydrothermal synthesis method)还可以扩展应用到其它纳米电极材料的制备。
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