去合金化及微球模板法制備多孔鎳及其超級電容器應用.pdf

1、日益增加的能源消耗、環(huán)境污染以及全球變暖成為當今社會共同關注的話題。解決這些問題的途徑就是發(fā)展其他新型能源及其利用技術，其中，新能源利用的關鍵是研發(fā)高性能的儲能器件。超級電容器是近幾年來新發(fā)展起來的一種儲能器件，它的主要優(yōu)點是功率密度高、生產(chǎn)成本低、充放電速度快以及循環(huán)穩(wěn)定性好等，因此引起人們的高度關注。對于超級電容器來說，電極結構及材料是決定其性能的重要因素。多孔鎳由于其廉價、耐腐蝕性好、導電性好以及比表面積大等特點，被廣泛作為集流體

2、材料應用于超級電容器。MnO2作為一種電極活性材料，是一種代表性的贗電容超級電容器電極材料，具有高容量、寬電壓、易合成、價格低廉、穩(wěn)定等優(yōu)點，有實現(xiàn)商業(yè)化應用的潛力。本論文旨在用電化學去合金化法以及微球模板法制備多孔鎳，并研究其在超級電容器方面的應用。主要研究內容及結果如下：
　　在去合金化研究中，利用電化學方法在(NH4)2SO4溶液中對Ni-Mn合金去合金化制備多孔鎳，研究了外加電壓、時間、(NH4)2SO4溶液的濃度以及溫度

3、等條件對多孔鎳形貌結構的影響。結果表明，隨著外加電壓的不斷增大，合金表面裂紋狀的孔數(shù)量不斷增加，孔由淺變深，孔之間的間距不斷減??；隨著腐蝕時間的延長，孔徑尺寸不斷增大，孔不斷變深，孔數(shù)量明顯增加且分布較均勻，但時間過長會導致合金表面形成的孔結構被破壞，合金表面碎裂；在相同條件下，當(NH4)2SO4溶液濃度增加時，合金表面孔數(shù)量增加，孔變深，濃度過大會導致合金表面碎裂；當溫度升高時，合金表面由裂紋狀的孔逐漸轉變?yōu)閸u狀結構，孔由平行一致的

4、取向逐漸變?yōu)橄嗷ミB通，孔數(shù)量增加，但溫度過高會導致合金宏觀上碎裂剝落。以不同外加電壓下得到的多孔鎳為集流體沉積相同質量的MnO2作為電極測試其電化學性能。結果表明隨著外加電壓的不斷增大，充放電時間隨外加電壓的增加不斷增大，面電容也不斷增大，最大面電容為597 mF/cm2，可見，多孔鎳的孔結構增大了MnO2與電解液的接觸面積，提高了MnO2電極的電化學性能。
　　在微球模板法制備多孔鎳中，首先用Stober法制備直徑較為均勻的Si

5、O2微球，并自組裝形成SiO2微球模板，以此為模板進行電鍍鎳膜，除去模板后得到三維有序多孔鎳，并研究其在電化學方面的應用及性能。研究發(fā)現(xiàn)，自組裝得到的SiO2微球呈周期性有序排列，且隨著分散液中SiO2微球質量分數(shù)的增加，自組裝的微球層數(shù)增加，微球排列更加密集，缺陷減少；除去模板后得到的鎳膜上孔也呈現(xiàn)周期性有序排列，大孔之間通過較小的孔相連通，大孔尺寸約為300 nm，且隨著SiO2微球質量分數(shù)的增加，孔之間的連通的小孔更加明顯，形成三

6、維有序多孔結構；電流密度對多孔鎳的形貌無明顯影響。以SiO2質量分數(shù)為0.3％制備的微球模板得到的多孔鎳為集流體，利用恒壓電沉積MnO2，改變沉積時間獲得不同厚度的MnO2。對所制備的MnO2薄膜進行了結構與電化學表征，測試表明，多孔鎳表面的MnO2呈納米片狀，厚度約為20nm；隨著沉積時間的不斷增加，面電容也隨之增加，沉積時間為60min時，最大面電容可以達到241 mF/cm2；MnO2的比電容隨沉積時間的增加而減小，在沉積時間為1