新型鎳-鐵電池納米陣列電極的制備、性能及其器件研究.pdf

1、鎳-鐵二次堿性電池因其能量密度大，功率密度高，正負(fù)電極原材料來源廣泛且價(jià)格低廉，以及生產(chǎn)和使用過程污染小等優(yōu)點(diǎn)而成為新一代綠色動(dòng)力電池的有力競爭者。然而，在將其廣泛地進(jìn)行商業(yè)化推廣之前，鎳-鐵二次電池還有一些明顯的不足之處，最主要的缺陷就是該類電池循環(huán)穩(wěn)定性差。其次，隨著可穿戴智能設(shè)備的發(fā)展，市場對(duì)柔性儲(chǔ)能裝置的需求日漸增大，因此，可彎曲柔性鎳-鐵二次電池有待進(jìn)一步研究。通過前期研究發(fā)現(xiàn)，鎳-鐵二次電池的循環(huán)穩(wěn)定性差主要源于鐵負(fù)極的活性

2、物質(zhì)在反復(fù)充放電過程結(jié)構(gòu)的垮塌。基于此，本論文首先通過嘗試電化學(xué)沉積包覆二氧化鉬的方法來提高負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性，以銅鎳氧化物納米線為正極材料，組裝了新型水系薄膜型鎳-鐵二次電池，并系統(tǒng)研究了其儲(chǔ)能特性;其次，發(fā)現(xiàn)電沉積的方法對(duì)負(fù)極循環(huán)穩(wěn)定性提高效果不佳，進(jìn)一步通過滴加葡萄糖溶液，然后退火碳包覆的方法，來提高負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性，再以銅鎳氧化物納米線為正極材料組裝電池，除在水系中組裝外，還以KOH/PVA凝膠為電解質(zhì)，制備了柔性準(zhǔn)固態(tài)鎳

3、-鐵二次電池，并系統(tǒng)研究了其儲(chǔ)能特性。具體研究內(nèi)容包括:
　　1.通過使用簡便的水熱法，F(xiàn)eOOH納米棒陣列均勻生長在碳布上。然后通過電沉積方法，進(jìn)一步高溫退火方法得到均勻的二氧化鉬包覆四氧化三鐵(Fe3O4@MoO2)納米棒陣列。通過包覆二氧化鉬來提高電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。三電極體系測試的結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4@MoO2復(fù)合納米棒陣列電極作為工作電極可以提高純的鐵氧化物電極的單位面積儲(chǔ)存電荷量和循環(huán)穩(wěn)定性。以Fe3O4@MoO2納

4、米陣列為負(fù)極，以銅鎳氧化物納米線作為正極，組裝得到了新型薄膜型納米陣列鎳-鐵二次電池。在以氫氧化鉀溶液為電解液的水系全電池測試中，所制備的水系新型薄膜型納米陣列鎳-鐵二次堿性電池在2 mA/cm2的電流密度下可以獲得1.2V放電平臺(tái)電壓;在10 mA/cm2的電流密度下循環(huán)400次以后，鎳-鐵二次電池可以保持初始容量的60％。
　　2.通過使用簡便的水熱法，F(xiàn)eOOH納米棒陣列均勻生長在碳布上。然后滴加葡萄糖溶液于電極材料表面，高

5、溫退火得到均勻的Fe3O4@C復(fù)合電極材料。將其取名“碳膠”，“碳膠”包覆來提高電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。三電極體系測試的結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4@C電極作為工作電極進(jìn)行可以提高純的鐵氧化物電極的單位面積儲(chǔ)存電荷量和循環(huán)穩(wěn)定性。以Fe3O4@C電極為負(fù)極，以銅鎳氧化物納米線為正極，以氫氧化鉀水溶液為電解液，組裝得到了水系鎳-鐵二次堿性電池。在水系全電池測試中，鎳-鐵二次電池在1.5 mA/cm2的電流密度下放電電壓平臺(tái)可以達(dá)到1.2 V，在12