鈷酸鎳材料的改性及其作為贗電容器電極材料的研究.pdf

1、超級(jí)電容器因其高功率密度、大容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、良好的可逆性、快速充放電和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，作為一種新型高效儲(chǔ)能器件展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。作為儲(chǔ)能設(shè)備，能量密度是影響其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素，超級(jí)電容器的能量密度較傳統(tǒng)的化學(xué)電池和鋰離子電池偏低，這一缺陷制約了其成為一種理想的儲(chǔ)能器件。因此目前關(guān)于超級(jí)電容器的研究主要集中在提高其能量密度。根據(jù)超級(jí)電容器的能量密度計(jì)算公式E=1/2CU2，提高超級(jí)電容器的能量密度可以通過提高電極的比電容

2、（C），或者增大電極的工作電壓（U）?；谝陨戏治?，本文旨在提高NiCo2O4電極材料的比電容，從而提高超級(jí)電容器的能量密度。影響電極材料比電容的因素有材料導(dǎo)電性、孔徑分布、比表面積等，此外引入氧化還原電容也可以提高電極比電容。
　　本文從增加氧化還原電容出發(fā)，合成了SnO2@NiCo2O4復(fù)合材料。利用薄膜的親水性促進(jìn)NiCo2O4材料的結(jié)晶成核，增加發(fā)生氧化還原反應(yīng)的活性物質(zhì)。其次利用金屬硫化物的導(dǎo)電性優(yōu)于金屬氧化物的特性，從

3、提高電極材料導(dǎo)電性出發(fā)，通過硫化合成中空結(jié)構(gòu)的NiCo2S4，減小電極材料的內(nèi)阻，加快了氧化還原反應(yīng)速率。通過復(fù)合NiCo2O4與SnO2薄膜形成了以SnO2薄膜為基底附著生長(zhǎng)NiCo2O4納米線陣列的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。高導(dǎo)電性和良好親水性的 SnO2薄膜一方面促進(jìn)了 NiCo2O4在其表面結(jié)晶成核，另一方面減小了復(fù)合電極材料的內(nèi)阻，使得電解液離子的擴(kuò)散阻力減小。三電極體系測(cè)試表明，SnO2@NiCo2O4復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)

4、性能，在1 mAcm-2的電流密度下，比電容可達(dá)1.49Fcm-2，在相同的電流密度下空白的NiCo2O4材料的比電容僅為0.85 Fcm-2。復(fù)合材料的倍率性能也較單一的NiCo2O4材料有了提高。當(dāng)電流密度增大到20 mAcm-2時(shí)，復(fù)合材料的電容保持率為68％，而單一的NiCo2O4材料的電容保持率為59%。同時(shí)在2000次循環(huán)以后，復(fù)合材料的比電容保持率為86%?；诮饘倭蚧锏膶?dǎo)電性高于金屬氧化物，通過對(duì)NiCo2O4的前驅(qū)體

5、進(jìn)行一步硫化，制得了中空納米四方棱柱NiCo2S4材料。所制備的NiCo2S4材料體現(xiàn)了較NiCo2O4材料低的電阻，另一方面所合成的NiCo2S4獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)不僅提高了材料的比表面積，同時(shí)也改善了電極材料的表面滲透性，在電極反應(yīng)過程中及時(shí)補(bǔ)充電解質(zhì)離子，優(yōu)化了材料的倍率性能。三電極體系測(cè)試表明，在電流密度為1 Ag-1時(shí)，NiCo2S4電極和NiCo2O4電極的質(zhì)量比電容分別為1944.7 Fg-1和680.0 Fg-1；當(dāng)電流密度