超級(jí)電容器電極材料的制備.pdf

1、隨著人口的不斷增長(zhǎng)和工業(yè)的迅猛發(fā)展，人類對(duì)電能的需求也急劇增加，電能逐漸成為能源的主要消耗方式。但與此同時(shí)，化石能源逐漸枯竭，我們需從水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等其它能源中轉(zhuǎn)換電能，太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能等可再生能源屬于微電源，其容量為幾十千瓦到幾十兆瓦。這些可再生能源本身具有很多缺點(diǎn)，例如風(fēng)能和潮汐能不穩(wěn)定、太陽(yáng)能晝夜不均等，這樣在供電過程中會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定和不連續(xù)等問題，直接影響到供電質(zhì)量，出現(xiàn)電壓突變和電源中斷等現(xiàn)象。因此為保證可靠的供

2、電質(zhì)量，需配備配套的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
　　典型的儲(chǔ)能裝置有蓄電池和超級(jí)電容器。超級(jí)電容器是一種新型儲(chǔ)能裝置，與蓄電池相比，超級(jí)電容器具有很多優(yōu)點(diǎn)，如功率密度大、放電電壓高、自放電低、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好等，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。電極材料是超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心，它直接決定了超級(jí)電容器儲(chǔ)能性能的好壞。對(duì)于電極材料本身來說，其微觀形貌、結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電性、比表面積、電位窗口等都對(duì)其性能的發(fā)揮起著重要作用。本文旨在從不同角度對(duì)電極

3、材料進(jìn)行優(yōu)化研究，尋找新的、性能優(yōu)良的電極材料，并組裝非對(duì)稱型超級(jí)電容器。具體的研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.采用一步水熱法成功制備出Ni(OH)2/AC-Ni復(fù)合電極。以泡沫鎳網(wǎng)為基底，其三維多孔結(jié)構(gòu)為活性材料的生長(zhǎng)提供了足夠的空間。Ni(OH)2/AC-Ni的結(jié)構(gòu)和形貌由SEM、XRD、Raman、FT-IR和EDS表征，并采用傳統(tǒng)的三電極測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，①Ni(OH)2/AC-Ni復(fù)合電極為三維多孔狀

4、，活性炭被Ni(OH)2納米片包裹起來，兩者為物理混合，未產(chǎn)生新的物質(zhì)。②經(jīng)電化學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn) Ni(OH)2/AC-Ni復(fù)合電極的面積比電容最高可達(dá)1.75 F/cm2（電流密度為0.6 mA/cm2）。當(dāng)電流密度高達(dá)16 mA/cm2時(shí)，比電容仍有0.65 F/cm2，顯示出其優(yōu)異的電化學(xué)性能。在相同電流密下進(jìn)行循環(huán)充放電測(cè)試，1000次循環(huán)后 Ni(OH)2/AC-Ni復(fù)合電極電容保持率為80％左右而 Ni(OH)2-Ni電極僅有

5、62.3%，充分體現(xiàn)了活性炭在復(fù)合電極中的作用。
　　2.兩步法制取Ni-Fe LDH。首先以泡沫鎳網(wǎng)為基底，F(xiàn)eCl2、Ni(NO)3為鐵源和鎳源、乙二醇和去離子水的混合溶液為溶劑、尿素為沉淀劑，采用水熱合成法得到了Ni-Fe LDH，接著用硫脲溶液（溶劑為乙二醇）對(duì)其進(jìn)行硫化改性。Ni-Fe LDH的面積比電容和循環(huán)性能都不理想，而硫化后改性后的 Ni-Fe LDH電極形貌保持不變，比電容提高了近20倍，電流密度為0.73 m

6、A/cm2時(shí)，面積比電容高達(dá)0.944 F/cm2，表明硫脲改性對(duì)Ni-Fe LDH的具有積極的影響。
　　3.將本文中獲得的電極分別作為正負(fù)極組裝非對(duì)稱型超級(jí)電容器。以Ni(OH)2/AC-Ni正極、硫化改性后的Ni-Fe LDH為負(fù)極的非對(duì)稱超級(jí)電容器，電位窗口為正負(fù)極電位窗口的綜合即0 V-1.75 V。經(jīng)電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示，非對(duì)稱超級(jí)電容器具有電化學(xué)性能，面積比電容為0.217 F/cm2（電流密度為0.66 mA/c