CNTs-鈷鎳氧化物復(fù)合超級(jí)電容器粉體的制備及相關(guān)性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器作為一種新型的綠色儲(chǔ)能器件，具有比電池更高的功率密度和比傳統(tǒng)電容器更高的能量密度。同時(shí)，超級(jí)電容器具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、比電容高、使用溫度范圍寬、充放電電流大、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、移動(dòng)通訊、電動(dòng)汽車(chē)、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，因此受到全球科研工作者的廣泛關(guān)注，而電極材料對(duì)超級(jí)電容器的性能具有重要影響。
　　金屬氧化物NiCo2O4因具有較高的比容量，被認(rèn)為是目前最有希望替代貴金屬電極的電極材料之一。雖然NiCo2

2、O4的電導(dǎo)率是NiO和Co3O4的兩倍，但也只有10-2S/cm。導(dǎo)電性較差，影響金屬氧化物的倍率性能，使其不能在大電流下應(yīng)用。為解決NiCo2O4導(dǎo)電性較差的問(wèn)題，最常見(jiàn)的方法是將NiCo2O4與高導(dǎo)電率的碳材料進(jìn)行復(fù)合。
　　在碳材料中，由于碳納米管的比表面積大，特別是其中空的一維結(jié)構(gòu)可形成相當(dāng)大的雙電層電容，但因其比電容較小、能量密度低和易團(tuán)聚等缺點(diǎn)，限制其應(yīng)用。將金屬氧化物與碳納米管進(jìn)行復(fù)合，既可以提高金屬氧化物的導(dǎo)電性，

3、也可以提高碳納米管的比電容，從而獲得電化學(xué)性能優(yōu)異的復(fù)合電極材料。本文以制備出高電化學(xué)性能的CNTs/NiCo2O4為目的，提出一種新的改善CNTs分散性的方法，分別采用水熱-煅燒兩步法制備了NiCo2O4粉體及CNTs/NiCo2O4復(fù)合粉體和水熱合成一步法制備了Co1.29Ni1.71O4粉體及CNTs/Co1.29Ni1.71O4復(fù)合粉體，并通對(duì)相關(guān)性能進(jìn)行表征。主要內(nèi)容如下:
　　(1)采用兩步氧化法改性碳納米管，提高其在

4、水溶液中的分散性。首先通過(guò)強(qiáng)堿性的次氯酸鈉與高錳酸鉀的混合溶液對(duì)碳納米管進(jìn)行第一次氧化，然后滴加過(guò)氧化氫對(duì)碳納米管進(jìn)行二次氧化。氧化處理后的碳納米管缺陷增多，長(zhǎng)度變短，表面引入親水性的羥基等官能團(tuán)，在水溶液的分散性和穩(wěn)定性也有明顯的改善，電化學(xué)性能也有了一定提高，并闡述了該方法改善碳納米管分散性的作用機(jī)理。
　　(2)水熱合成后在馬弗爐加熱300℃可生成片層狀的NiCo2O4粉體及CNTs/NiCo2O4復(fù)合粉體。反應(yīng)溫度、保溫時(shí)

5、間和碳納米管對(duì)產(chǎn)物的物相、形貌和電化學(xué)性能都有影響。通過(guò)一系列的測(cè)試表明:當(dāng)反應(yīng)溫度在180℃，保溫時(shí)間4h下，可以合成花瓣形貌的YiCo2O4納米片，在窗口電壓在0-0.4V電流密度為1A/g下，其比電容可以達(dá)到1022F/g。通過(guò)加入改性碳納米管，片層狀的NiCo2O4卷曲成結(jié)晶性好的球形顆粒，分布在碳納米管所圍成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，這種復(fù)合粉體的比電容可以達(dá)到1725F/g。
　　(3)以NiCl2、CoCl2為原料，乙酸鈉作