金屬磷化物電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級電容器是一種新型的儲能器件，具有能量密度高、循環(huán)壽命長、充電速度快的優(yōu)點，它的出現(xiàn)為能源危機(jī)和環(huán)境污染提供了新出路。在眾多的超級電容器電極材料中，金屬化合物具有比碳材料更高的比容量和比導(dǎo)電聚合物更好的循環(huán)穩(wěn)定性。近年來，金屬磷化物由于高導(dǎo)電率和優(yōu)良的電化學(xué)性能而引起了人們的廣泛關(guān)注。本文針對磷化鎳電極材料，采用不同的的制備方法制備了不同結(jié)構(gòu)的磷化鎳，利用XRD、SEM、TEM和XPS等技術(shù)對磷化鎳材料的微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析，同時

2、用循環(huán)伏安（CV）、恒電流充放電和電化學(xué)阻抗(EIS)等技術(shù)測試其電化學(xué)性能，并針對其電化學(xué)性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系展開研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　一、采用溶劑熱法，以氯化鎳和次磷酸鈉為原料，去離子水和DMF的混合溶液為溶劑，制備了非晶結(jié)構(gòu)的Ni-P電極材料，并研究了反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度以及反應(yīng)原料比對產(chǎn)物的電化學(xué)性能影響。研究表明：當(dāng)反應(yīng)時間為4 h，反應(yīng)溫度為160℃，反應(yīng)原料中Ni2+/H2PO2-比為2:3時，材料具有最優(yōu)電

3、化學(xué)性能。在0.5 A g-1的電流密度下，非晶Ni-P的比容量為1597.5 F g-1，經(jīng)過1000次充放電循環(huán)之后，其比容量的保持率為71.4％。為了研究所制備Ni-P材料在器件中的性能，我們用所制備的Ni-P作為正極，活性炭為負(fù)極，組裝了混合型電容器AC//Ni-P。經(jīng)過測試，AC//Ni-P電容器的容量可達(dá)到105 F g-1，1000次循環(huán)后容量仍能保持84.5%，且在400 W kg-1的功率密度下，能量密度達(dá)到29.2W

4、h kg-1，充分表現(xiàn)了良好的電容特性和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　二、采用球磨法在Ar氣環(huán)境下，以鎳粉和紅磷為原料初步制備磷化鎳材料，然后通過在不同溫度下熱處理控制合成了 Ni2P和Ni5P4兩種磷化鎳電極材料，并對兩種磷化鎳材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征與電化學(xué)性能測試。研究結(jié)果表明：所制備 Ni2P材料為粘結(jié)的顆粒狀，結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，其比容量可以達(dá)到843.25 F g-1，1000次循環(huán)后，比容量保持率為96%。而所制備 Ni5P4材料為顆粒狀堆積結(jié)

5、構(gòu)，電解液更容易與材料接觸，但是穩(wěn)定性較差，其比容量只有801.5 F g-1，經(jīng)過1000次循環(huán)后，比容量保持率為87%。為了研究兩種磷化鎳材料在器件中性能，我們分別組裝了兩個電容器進(jìn)行電化學(xué)性能測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)單電極的電化學(xué)性能對所組裝的電容器性能影響非常顯著。Fe2O3//Ni2P電容器的比容量可以達(dá)到100 F g-1，而Fe2O3//Ni5P4的比容量只有83.8 F g-1；在1000次循環(huán)后兩個電容器的容量保持率分別為96%