電容型化學電源電極材料的界面設計.pdf

1、高功率的電化學電容與高能量的電池在電荷儲存機理上不同，高效的電化學儲能依賴于電子傳遞相（電極）與離子傳遞相（電解液）間界面。更多的研究工作關注于界面與電極整體以解決發(fā)展中遇到的各種的問題。本文主要將兩種策略（逐步結合與納米材料的勻漿法）應用于超級電容器材料，優(yōu)化了制備方法和工藝參數，希望為高性能超級電容材料提供一種新的制備思路。
　　通過簡單的“浸染-干燥”過程，在多孔泡沫鎳表面覆蓋上還原氧化石墨；再通過簡單混合氫氧化鈉醇溶液和氯

2、化鈷-氯化鎳水溶液，制備鈷鎳氫氧化物懸浮液。以表面覆蓋還原氧化石墨的泡沫鎳作為基底，通過簡單干燥過程，使懸浮液中顆粒得以粘附，實現電化學活性材料與基底的結合。氫氧化鈷/還原氧化石墨/泡沫鎳電極材料具有更好電容特性，浸漬次數為4對應的電極材料在循環(huán)充放電2000次后面積比電容仍能保持3F·cm-2以上；高鎳組分對應電極材料比電容更高，但循環(huán)性能較差，浸漬次數為4的高鎳含量組分對應電極材料循環(huán)充放電2000次后面積比電容仍能保持4F·cm-

3、2左右。這一設計思路可以優(yōu)化高活性物質負載的電極/電解質界面設計，并在鋰電池，光催化等能源存儲與轉化領域存在廣泛應用前景。
　　多孔泡沫鎳經過溶液生長表面處理覆蓋上鈷鎳氫氧化物，通過“浸漬-干燥”方法及退火處理，其表面分布疏松的鈷酸鎳；再經化學浴沉積和退火處理之后，鈷酸鎳可以填補材料孔隙并改善鈷酸鎳材料間連接。經“粘-補”過程后，泡沫鎳表面和空隙可以被鈷酸鎳填充，相比于第一步的“粘”過程得到的鈷酸鎳，第二步的“補”過程得到的鈷酸鎳

4、尺寸更小，而晶格尺寸增加；電化學測試結果顯示，“補”過程可以有效提升鈷酸鎳/泡沫鎳電極材料的面積比電容，在電流密度10mA·cm-2條件下電極材料面積比電容也可達到3.23·F cm-2，同時質量比電容可以達到1029F·g-1。“補”過程得到的鈷酸鎳/泡沫鎳電極材料進行1800圈不同電流密度下循環(huán)充放電測試后，比電容仍能保持在4F·cm-2左右，高于電極材料初始值。而電化學循環(huán)充放電測試及相關分析暗示制備的“粘”和“補”電極材料表現出

5、電池和電容的過渡行為，獨特的熱力學滯后產生了“融合”和“破碎”行為。
　　兩種尺寸鈷鎳氫氧化物納米片混合的方法制備懸浮液，通過“勻漿-涂布”法制備互補型鈷酸鎳/電極材料。電化學測試結果表明，各組分隨著準二維鈷鎳氫氧化物前驅體的加入，對應組分鈷酸鎳/泡沫鎳電極材料面積比電容得以提升，最高準二維納米片含量組分對應互補型鈷酸鎳/泡沫鎳電極材料面積比電容最高，可達到8.5F·cm-1左右，同時活性材料質量比電容保持在900F·g-1；同時

6、從理論出發(fā)，引入一個特征因子k來對結果進行分析，計算發(fā)現不同組分互補型鈷酸鎳/泡沫鎳電極材料k值均在0.6-0.7之間，介于理想的電池(k=1)與理想的超級電容(k=0.5)，這一結果也暗示電極材料更可能發(fā)生了超級電容和電池的混合行為。這一實驗結果也啟發(fā)我們進行新的設計思路：在一個電極中實現超級電容與電池的結合；尖晶石型鈷酸鎳作為電極材料，其導電性好于許多嵌入脫出電池材料，因而有可能實現高功率電池的設計；通過雙電層與電池材料的混合實現贗

7、電容行為的調節(jié)。
　　采用多次溶液生長法制備NiCo2S4/泡沫鎳電極材料。先通過增加沉積次數，可以在泡沫鎳上負載較高質量活性物質前驅體；再通過陰離子交換法將NiCo2O4轉化為導電性更好的NiCo2S4。轉化后的NiCo2S4也很好地保留了NiCo2O4的空間結構。電化學測試結果也證明NiCo2S4/泡沫鎳電極材料電容性能明顯好于陰離子交換反應之前的鈷酸鎳/泡沫鎳電極材料。同時，這種電極在電化學測試中表現出較高的面積比電容，在電