鎳基、鈷基電極材料的制備及其贗電容性能的研究.pdf

1、世界范圍內的化石能源危機和溫室氣體效應推動了新能源技術的快速發(fā)展。而可持續(xù)能源的開發(fā)利用，給能源的存儲和轉換提出了更高要求。作為一種新型能源存儲設備，超級電容器同時具有傳統(tǒng)電容器高比功率和化學電池高比能量的特點，具有充放電速度快、環(huán)境友好、可靠性高、適應溫度范圍廣的優(yōu)點。電極材料作為超級電容器不可缺少的部分，是影響超級電容器性能的至關重要的因素。研發(fā)高性能、低成本、易加工的電極材料具有戰(zhàn)略性意義。由于過渡金屬離子有多個氧化態(tài)并且有較高存

2、儲電荷的能力，所以過渡金屬氧化物作為典型的贗電容電極材料已經廣泛應用于超級電容器。然而，高的電阻率、低的倍率性能和差的循環(huán)穩(wěn)定性限制了它們的實際應用。本論文針對上述問題，采用原位生長的制備工藝與納米結構的形貌設計相結合的方法，制備了高性能的贗電容電極材料。本論文的宗旨是提高電極材料的導電性和離子傳輸性能，增加電化學活性物質的利用率，從而有效改善電極材料的相關電化學性能。電化學測試的結果表明了本論文所介紹的電極材料具有優(yōu)越的贗電容特性，相

3、關演示實驗也表明這些材料有望在超級電容器的實際應用中貢獻力量。本論文的主要研究內容如下:
　　1、納米結構草酸鎳的制備及其在超級電容器領域的應用。
　　我們采用電化學陽極氧化的方法，制備了直接生長在三維泡沫鎳骨架上的納米結構的草酸鎳電極材料，并對該材料以及組裝的非對稱型超級電容器進行了相關電化學性能測試。實驗結果表明，該材料比電容可高達813.5 F g-1，循環(huán)10000圈后仍有92.5％的容量保持率。以該材料和活性炭分別

4、為正、負極組裝的電容器也顯示了高的能量密度/功率密度和長的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　2、納米花瓣狀NiO修飾的3D泡沫鎳的制備及其在超級電容器領域的應用。
　　金屬氧化物具有較高的理論比電容，但是其贗電容特性在很大程度上受限于較低的電導率。我們通過陽極氧化與煅燒相結合的制備工藝，制備出3D納米花瓣狀的、直接生長在泡沫鎳骨架上NiO電極材料。我們還通過控制煅燒溫度來優(yōu)化材料的電化學性能。480℃煅燒得到的NiO表現出最優(yōu)越的贗電容性能

5、，特別是倍率性能（電流密度增大25倍，電容保持率82％）和循環(huán)穩(wěn)定性(30000圈后仍有較好的容量保持率)?；谠摬牧蠟檎龢O、活性炭為負極的非對稱型超級電容器也顯示了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性(10000圈后仍有91.3％的保持率)和高容量，可以驅動迷你風扇工作并使LED發(fā)光長達270 min。
　　3、納米結構草酸鈷的制備及其在超級電容器領域的應用。
　　作為儲能器件的電極材料，草酸化合物逐漸嶄露頭角。我們通過一步陽極氧化的方法制備

6、了原位生長在鈷箔上的草酸鈷，該材料可以直接作為電極材料使用。這種雜化電極顯示了優(yōu)越的贗電容特性。在充放電測試中，當電流密度為6Ag-1時，比電容可高達1269 A g-1。除此之外，當電流密度從6Ag-1增長到30 A g-1時，比電容保持率高達87.2％，顯示了很好的倍率性能。更重要的是，即使穩(wěn)定循環(huán)100000圈后，該電極仍然具有91.9％的電容保持率。另外，以該電極材料和活性炭分別為正、負極組裝的電容器也顯示了優(yōu)越的能量密度和功率