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1、鎳氫電池作為一種高比能量的二次電池得到了廣泛的應(yīng)用。作為正極的鎳電極是鎳氫電池的關(guān)鍵部件之一,其性能的改進(jìn)是提高鎳氫電池整體性能的有效途徑。本文采用無模板直接生長(zhǎng)法制備納米片結(jié)構(gòu)的Ni(OH)2電極,為了提高其電化學(xué)性能,制備了Ni1-xCox(OH)2電極并通過陰離子的摻雜制備了不同形貌Ni(OH)2電極。然后利用熱重一差熱(TG-DTA)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(IR)等手段對(duì)其進(jìn)行表征,并通過循環(huán)伏安、
2、交流阻抗等方法測(cè)試了其電化學(xué)性能。主要研究?jī)?nèi)容包括:
⑴制備泡沫鎳載Ni(OH)2電極,結(jié)果表明XRD分析得出制備的活性物質(zhì)是純凈的β-Ni(OH)2,屬六方晶系,達(dá)到納米級(jí)尺寸,平均晶粒尺寸為23 nm。通過SEM和TEM得β-Ni(OH)2小球的直徑在5μm左右,是由片層構(gòu)成,每納米片長(zhǎng)約2μm,寬約230nm,厚約60 nm,每個(gè)納米片是由若干20 nm左右納米顆粒構(gòu)成。循環(huán)伏安測(cè)試表明電極能夠在析氧之前得到充分充電
3、,Ni2+有望全部氧化成Ni3+,活性物質(zhì)利用率高。交流阻抗曲線高頻區(qū)半圓弧體現(xiàn)了電極的電荷傳遞電阻較小,僅為0.24 O。以實(shí)驗(yàn)制備的泡沫鎳載β-Ni(OH)2為正極組成鎳氫電池,室溫下1C首次充放電放電比容量達(dá)280 mAh·g-1;循環(huán)100次循環(huán)效率是92.2%~98.5%,比容量270 mAh·g-1~284 mAh·g-1。
⑵制備泡沫鎳載Ni1-xCox(OH)2電極,XRD分析確定為純相,SEM和EDS證明
4、了納米Ni1-xCox(OH)2電極其形貌均一穩(wěn)定,含量分布均勻。循環(huán)伏安分析降低Ni(OH)2的氧化電位同時(shí)提高析氧過電位,進(jìn)而提高充電效率,增加電極的比容量。交流阻抗測(cè)試的最小可達(dá)0.06 O。電極進(jìn)行循環(huán)性測(cè)試100次后,摻鈷量3%~10%電極的放電容量均保持在250 mAh·g-1以上。10%時(shí)樣品的質(zhì)子擴(kuò)散系數(shù)最大,1C放電比容量達(dá)到279.9 mAh·g-1,比未摻雜提高12%。說明Co的摻雜量對(duì)材料電化學(xué)性能有較大影響,一
5、定量的鈷摻雜能夠增加材料的導(dǎo)電性,促進(jìn)Ni(OH)2充放電反應(yīng)的進(jìn)行,提高高倍率充放電性能,提高Ni(OH)2的活性和利用率。
⑶制備泡沫鎳載不同形貌Ni(OH)2電極,層間陰離子的不同可對(duì)鎳電極的作用達(dá)到降低鎳電極反應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移電阻,改善氫氧化鎳的質(zhì)子傳導(dǎo)性,減小電子電阻的作用。得到制備的β-Ni(OH)2的最小晶粒尺寸為16.57 nm。當(dāng)插入層間的陰離子為SO42-時(shí)其放電比容量最大為243 mAh·g-1,循環(huán)效率
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