過渡金屬(雙)氫氧化物基電極材料制備及其超級電容器性能研究.pdf

1、近年來，中國部分城市霧霾現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，如北京、石家莊等，而大量的汽車尾氣污染物是罪魁禍?zhǔn)字唬虼诵杓涌觳捎眯滦颓鍧嵞茉磧δ芷骷沫h(huán)保電動汽車的發(fā)展，來解決日益嚴(yán)峻的能源與環(huán)境問題。作為儲能器件之一的超級電容器具有長循環(huán)穩(wěn)定性、高功率密度和能量密度、低成本等其他器件無法比擬的優(yōu)勢，是目前研究的熱點，而圍繞這一熱點，具有優(yōu)異電化學(xué)性能的電極材料的開發(fā)成為一項重要工程。
　　本文以此為基點，通過大量文獻調(diào)研，將高比容量的過渡金屬（雙

2、）氫氧化物與高導(dǎo)電性的石墨烯、碳納米管復(fù)合，構(gòu)建成具有較大比表面積的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合電極材料。此類復(fù)合材料結(jié)合雙電層電容和氧化還原電容兩種儲能機理，可大幅提高材料的電化學(xué)性能，具有很好的發(fā)展前景。
　　首先，本文在具有五層左右的石墨烯薄膜上電化學(xué)沉積Ni(OH)2納米片，構(gòu)造具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳/石墨烯/泡沫鎳(3D Ni(OH)2/GE/NF)復(fù)合電極材料并測試其電化學(xué)性能。高導(dǎo)電性石墨烯片的存在促進了電極/電解液間的電

3、荷傳輸，使3D Ni(OH)2/GE/NF電極材料顯示出較Ni(OH)2/NF電極更好的倍率性能，在3 A/g的電流密度下，比容量達到2161 F/g，當(dāng)電流密度提高到60 A/g的大電流密度時，比容量仍保持有1520 F/g，另外石墨烯與Ni(OH)2之間的較強的結(jié)合力在很大程度上提高了材料的循環(huán)性能。
　　其次，本文延續(xù)上述體系，鎳摻雜氫氧化鈷納米薄片電化學(xué)沉積在三維石墨烯/泡沫鎳基底上，得到三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的鎳鈷雙氫氧化物/石墨

4、烯/泡沫鎳(3DNixCo1-x(OH)2/GE/NF)電極材料，測試電容性能并考察不同Ni摻雜量對材料形貌及性能的影響。摻雜適量的Ni后，由于鎳鈷氫氧化物的協(xié)同作用，使得材料的結(jié)構(gòu)得以改善，氧化還原電對的加入也大幅提高了電極材料的比電容和循環(huán)性能。當(dāng)Ni摻雜量為34％時，即3D Ni0.34Co0.66(OH)2/GE復(fù)合電極材料具有最佳的電化學(xué)性能，其在10 A/g的大電流密度下經(jīng)過1000次循環(huán)后，比容量保持率為75％。
　

5、　再次，采用電化學(xué)沉積法在碳納米管/泡沫鎳的集流器上制備鎳鈷雙氫氧化物，首次構(gòu)筑具有殼/核結(jié)構(gòu)的Ni-Co雙氫氧化物/CNT/NF復(fù)合電極材料，從提高電極材料活性物質(zhì)負(fù)載量方面，考察了材料的性能。結(jié)果表明，當(dāng)負(fù)載量提高到8.5 mg/cm2的商業(yè)水平時，電極材料仍具有較高的比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，在3 A/g電流密度下，比容量高達1432 F/g，并且在3、5、10和3 A/g的交替電流密度下循環(huán)2000次后比電容保持率高達85％。<