基于氧化鎳微納結(jié)構(gòu)材料的合成及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著現(xiàn)代社會(huì)和全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在能源制造成本不斷上漲和石油天然氣儲(chǔ)備量日益下降的當(dāng)下，整個(gè)世界正在面臨著一個(gè)關(guān)鍵的能源問(wèn)題，為了應(yīng)對(duì)能源供應(yīng)枯竭這個(gè)問(wèn)題，人們?cè)谘芯靠商娲哪茉创鎯?chǔ)/轉(zhuǎn)換設(shè)備上付出了相當(dāng)大的努力，多種樣式的存電裝置之內(nèi)，超級(jí)電容器被普遍研究并被認(rèn)為是最具發(fā)展前景綠色潔凈存能器件，并在過(guò)去的十年里發(fā)展迅速，超級(jí)電容器由于其功率密度高、不錯(cuò)的耐久性、快速充電功能、相對(duì)長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命和安全性等特點(diǎn)，在電氣、航空航

2、天、移動(dòng)信息、國(guó)防科技、軍事設(shè)備、存儲(chǔ)備份等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。通常按底層存儲(chǔ)機(jī)理能把超級(jí)電容器劃分兩類(lèi)，分別是雙電層和贗電容電容器，其中贗電容型的比容量比起雙電層型的通常要高，是因?yàn)殡娀钚圆牧闲纬傻内I電容具有多個(gè)氧化態(tài)并且通過(guò)發(fā)生在電極表面上的氧化還原反應(yīng)來(lái)進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存，所以超級(jí)電容器的表現(xiàn)如何是依賴(lài)于電極材料的選擇和結(jié)構(gòu)。與雙電層型相比，具有更高比電容量的贗電容型電容器在儲(chǔ)能領(lǐng)域得到了很大的關(guān)注，在各種各樣的贗電容電極材料中，氧化鎳

3、材料由于其高的理論電容值、良好的氧化/還原活性、豐富的儲(chǔ)備量、成本低等特點(diǎn)，得到了很多科學(xué)研究人員的廣泛關(guān)注，所以在研究過(guò)程中，選擇氧化鎳作為中心物質(zhì)，研究其合成，結(jié)構(gòu)以及其電化學(xué)性能。論文的主要內(nèi)容概括如下:
　　(1)以硫酸鎳、尿素和氨水作為反應(yīng)物，通過(guò)溫和的一步水熱法合成出了大量分級(jí)的氧化鎳納米片自組裝納米結(jié)構(gòu)（微米花），并探討出有無(wú)尿素對(duì)產(chǎn)物形貌是否有影響，利用各種分析技術(shù)對(duì)合成的產(chǎn)物進(jìn)行詳細(xì)分析，那些納米片的厚度大約是3

4、0nm，產(chǎn)物的比表面積為116.9m2g-1，隨后氧化鎳微米花被用作工作電極進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明:采用2M KOH電解液，放電電流為4Ag-1時(shí)，比電容為262.78Fg-1，當(dāng)放電電流為15Ag-1時(shí)，比電容為231.63Fg-1，而且氧化鎳微米花電極具有非常出眾的循環(huán)表現(xiàn)，在電流密度是4A g-1時(shí)充放電3000圈，比容量保留率是74.4％。
　　(2)在簡(jiǎn)單、低成本、環(huán)保、溫和的溫度下通過(guò)溶劑熱法合成了生長(zhǎng)在泡沫鎳上

5、的超薄氧化鎳納米片陣列，納米片的平均厚度大約為10nm，并將納米片陣列直接用作三電極超級(jí)電容器系統(tǒng)中的電極來(lái)進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，免于了用炭黑及粘結(jié)劑涂電極，測(cè)試結(jié)果顯示在I是1mA cm-2，其比電容量可以達(dá)到870mF cm-2;選擇電流是10mA cm-2時(shí)經(jīng)過(guò)6000圈循環(huán)測(cè)試，比容量保留率是84.2％，表明合成的NiO材料具有良好的穩(wěn)定性。
　　(3)通過(guò)二次水熱法設(shè)計(jì)和合成在柔性襯底（碳布）上生長(zhǎng)NiO@NiCo2O4和Ni

6、O@MnO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)，所合成的NiO異質(zhì)結(jié)構(gòu)是以NiO納米片為骨架及導(dǎo)電基體，依然保持原有NiO的微納結(jié)構(gòu)以及形貌，所合成NiO及其復(fù)合樣品被直接用作超級(jí)電容器電極進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)NiO@NiCo2O4和NiO@MnO2電極表現(xiàn)出比NiO電極更好的電化學(xué)特性，NiO異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極提高的電容性能是歸因于在NiO納米片表面生長(zhǎng)的NiCo2O4,MnO2微納布局及復(fù)合物中不同成分間協(xié)同效應(yīng)，這提升了與電解液接觸面積，促進(jìn)離子快速擴(kuò)散和