鈷、鎳氫氧化物及其氧化物的電沉積制備與電化學電容性能研究.pdf

1、電化學電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的重要的新型儲能裝置。電極是電化學電容器的重要組成元件,而電極材料又是構(gòu)筑電極的重要組成部分。因此,具有優(yōu)良電化學性能的電極材料的研發(fā)對電化學電容器的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。鈷、鎳氫氧化物及其氧化物電極材料因其具有良好的氧化還原反應活性和獨特的結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能,在電化學電容器電極材料的應用方面具有潛在價值。
　　本論文概述了電化學電容器及其電極材料的研究進展,采用電沉積法制備出

2、四種電極材料。利用現(xiàn)代分析測試手段對目標材料的形貌、晶型結(jié)構(gòu)和組成等進行了分析表征,采用電化學測試方法對電極材料的電化學性能等進行了詳細研究。主要內(nèi)容概括如下:
　　1.以鎳箔為基底,在硝酸鎳溶液中,用電沉積法制備了Ni(OH)2薄膜。采用X射線衍射(XRD)和場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)表征了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌,XRD結(jié)果顯示樣品為典型的α相Ni(OH)2。FESEM分析結(jié)果表明所得樣品呈均勻疏松的顆粒狀,其直徑約為80~9

3、0 nm,進一步觀察發(fā)現(xiàn),這些疏松的顆粒是由粒徑(約30~40 nm)更小的納米粒子組成。用紅外光譜(FT-IR)和熱分析(TG-DTA)分別對所得樣品的組分和熱穩(wěn)定性進行了表征;用循環(huán)伏安和恒電流充放電等電化學測試方法對其電化學性能進行了研究。此外,詳細考察了電沉積條件對其電化學性能的影響。結(jié)果表明,所制得的α-Ni(OH)2薄膜表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學電容性能,其單電極比電容值達2520 F·g-1。
　　2.將上述通過電沉積法制備

4、出的Ni(OH)2薄膜,進行熱處理后轉(zhuǎn)化為NiO薄膜電極材料。用X射線衍射(XRD)和場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)表征了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌;使用循環(huán)伏安法、恒電流充放電和交流阻抗等電化學方法系統(tǒng)研究了所制備樣品的電化學性能。研究結(jié)果表明,在Ni(NO3)2溶液濃度為0.08 mol·L-1,電壓為-0.9 V條件下沉積,并經(jīng)過250℃熱處理制備的NiO薄膜材料屬于立方結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出良好的電化學性能,其單電極比電容值達1220 F·g-

5、1。
　　3.在硝酸鈷溶液中,通過電沉積法在鎳箔基底上制備出了Co(OH)2薄膜材料。用X射線衍射(XRD)和場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)表征了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌。采用紅外光譜(FT-IR)對產(chǎn)物的組分進行了分析。所得樣品的熱穩(wěn)定性通過熱分析(TG-DTA)進行表征。使用循環(huán)伏安、恒電流充放電和電化學交流阻抗(EIS)等測試方法對其電化學性能進行了研究。此外,還研究了沉積電壓、沉積電量對Co(OH)2薄膜電極電容性能的影響。結(jié)

6、果表明,所得樣品展現(xiàn)出空間交錯的納米片網(wǎng)狀形貌,屬于六方晶相的β-Co(OH)2,表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學性能,其單電極比電容值達1042 F·g-1,并且在10 A·g–1的大電流密度下循環(huán)500周后仍能保持約72％的初始容量。是一種具有潛在應用價值的電化學電容器電極材料。
　　4.將上述通過電沉積法制備出的Co(OH)2薄膜,進行熱處理后轉(zhuǎn)化為Co3O4薄膜。采用X射線衍射(XRD)、紅外光譜(FT-IR)和場發(fā)射掃描電鏡(FESE