基于TiO2納米管陣列的納米復合電極制備及其超電容性能研究.pdf

1、超級電容器具備功率密度高、比容量高、充放電時間短、循環(huán)穩(wěn)定性好等特點，在國家防務、載人航天、信息技術、儀器制造等行業(yè)擁有很大的發(fā)展?jié)摿?。但能量密度較低，是超級電容器面臨的主要問題。電極是超級電容器最重要的組成之一，對其儲電性能起著決定性作用。提高電極電學特性的方法主要有使用比表面積較大的納米結構電極以及將不同活性物質合成復合電極。本文主要研究了TiO2納米管的生長條件，探索了向納米管中沉積NiO的最佳實驗參數(shù)，最后通過增強TiO2納米管

2、的電導率及其雙電層電容特性、調控納米材料微觀結構等方法，制備高性能復合電極。
　　首先使用陽極氧化技術制作實驗所需的原始TiO2納米管電極。對原始TiO2電極的形貌和晶體類型進行了表征，探究了鈦片表面的粗糙度和反應溶液中含水量的多少在管狀陣列生長過程中的作用。通過記錄并分析反應過程中的電流-時間曲線，對反應機理和測量結果做出了合理的解釋。電化學性能測試結果表明：原始TiO2陣列電極具有雙電層特性，但其電學性能較差，當電流密度設置為

3、0.08 mA/cm2時，測得面積比電容僅有0.6 mF/cm2。
　　其次分別使用化學浴浸漬法以及脈沖沉積法向管狀結構中沉積氧化鎳，合成NiO/TiO2復合材料。對比分析兩種沉積方法的不同，通過優(yōu)化實驗參數(shù)，獲得形貌和性能最佳的納米電極材料，為后續(xù)制備高性能電極做好前期準備。使用掃描電鏡觀察了復合材料表面的微觀結構。實驗測試的數(shù)據(jù)顯示，采用電化學沉積法，在脈沖電壓為200mv時，合成的NiO/TiO2納米復合材料上的NiO顆粒較

4、小且沉積均勻，此時的復合材料性能最佳。在電流密度為0.5 mA/cm2時，比電容為90 mF/cm2。
　　最后采用一種電化學氫摻雜的方法來提高原始TiO2電極的導電性及電容特性，以制備高性能 TiO2@NiO復合電極材料。氫摻雜后的電極材料（H-TiO2）形貌特征并沒有大的改觀。測試結果表明：氫摻雜的方法不僅提高了原始TiO2電極的導電性，其雙電層特性也獲得了顯著增強。在電流密度為0.5mA/cm2時，獲得了71mF/cm2的面