納米氫氧化鎳(鈷)電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、過渡金屬氧化物或氫氧化物能在電極/液面間產(chǎn)生高度可逆的氧化還原反應(yīng)，由此產(chǎn)生的法拉第贗電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳基材料所產(chǎn)生的雙電層電容，其優(yōu)異的電容性能使過渡金屬氧化物電極材料備受關(guān)注。然而，RuO2、IrO2這種典型的過渡金屬氧化物由于其價(jià)格昂貴，不適合廣泛地推廣應(yīng)用。本文通過不同方法制備了不同微觀形貌的納米氫氧化鎳(鈷)、石墨烯/氫氧化鎳(鈷)復(fù)合材料并將其用作超級電容器電極材料，通過XRD、SEM、TEM、Raman、XPS等測試手段對其微

2、觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析，通過循環(huán)伏安、恒流充放電和交流阻抗等測試方法對其電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。
　　 本文采用水熱法制備了棒刺狀Co(OH)2及石墨烯(GNS)/Co(OH)2復(fù)合材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，GNS的加入有效改善了Co(OH)2的導(dǎo)電性，在2 mV·s-1的掃速下，其比容量由261 F·g-1上升到370 F·g-1；雖然GNS的加入可以有效改善Co(OH)2的導(dǎo)電性，但GNS含量過高時(shí)會出現(xiàn)分散不均問題。通過SEM測試

3、可知，當(dāng)GNS含量超過3.8％時(shí)，形成的微觀結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是之前的片層結(jié)構(gòu)而是團(tuán)聚的大顆粒，從而影響其電學(xué)性能。通過循環(huán)伏安電化學(xué)測試可知，當(dāng)GNS的含量增加到14.6%時(shí)，復(fù)合材料的比容量只有286F·g-1。采用水熱法、共沉淀法、微波法制備了三種不同微觀結(jié)構(gòu)的Ni(OH)2及GNS/Ni(OH)2復(fù)合材料，并測試其電化學(xué)性能。采用水熱法制備Ni(OH)2時(shí)主要考察不同水熱溫度和時(shí)間所制備樣品的電化學(xué)性能的差異，水熱法制備的Ni(OH)2

4、呈現(xiàn)無定形的片狀結(jié)構(gòu)，隨著水熱時(shí)間和水熱溫度的升高，其比電容呈現(xiàn)下降的趨勢，主要原因是水熱時(shí)間過久會使晶粒尺寸生長過大，水熱溫度過高會影響晶粒的成核過程，導(dǎo)致其比電容的下降。循環(huán)伏安電化學(xué)測試表明：當(dāng)水熱溫度為100℃，反應(yīng)4h時(shí)制得的樣品表現(xiàn)出良好的電學(xué)性能，在2 mV·s-1的掃速下其比容量可達(dá)到1494 F·g-1。采用共沉淀法制備Ni(OH)2時(shí)，本文主要考察反應(yīng)溶液濃度對所制備樣品的電學(xué)性能的影響。通過SEM及TEM表征可知，

5、共沉淀法制備的Ni(OH)2呈現(xiàn)類似花瓣?duì)畹娜S結(jié)構(gòu)，GNS的加入使得Ni(OH)2晶粒尺寸有所減小，分布也更加均勻，說明GNS的加入對晶粒的成核和生長階段有一定的影響。通過循環(huán)伏安電化學(xué)測試可知，當(dāng)反應(yīng)溶液濃度為0.1 M時(shí)，所制備的GNS/Ni(OH)2復(fù)合材料的顆粒較小，在5 mV·s-1掃速下其比容量為1744 F·g-1。采用微波法制備的Ni(OH)2呈現(xiàn)花瓣?duì)?，花瓣的直徑?00～400 nm之間，厚度在7 nm以內(nèi)，加入G

6、NS之后其直徑下降到200～300 nm之間，厚度降低到3.5 nm，在2 mV·s-1掃速下其比容量從1583 F·g-1增加到1734 F·g-1。本文用微波法制備的GNS/Ni(OH)2復(fù)合材料與多孔石墨烯分別作為電容器的正負(fù)極成功組裝了非對稱超級電容器，在0～1.6 V的電壓區(qū)間，6 M KOH電解液中進(jìn)行測試，非對稱超級電容器表現(xiàn)出了良好的可逆性、穩(wěn)定性及電容性能。最高比電容為218.4 F·g-1，能量密度可達(dá)77.8 kW