纳米多孔镍管及复合薄膜电极的制备和电化学性能研究

发布时间：2018-01-18 14:22

  本文关键词：纳米多孔镍管及复合薄膜电极的制备和电化学性能研究　出处：《浙江大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：超级电容器是一种介于二次电池和传统电容器之间的新型储能器件,具有可快速充放电、循环寿命长、功率密度高、对环境友好及使用温度范围宽等特点,近年来吸引了研究者的广泛关注。通常认为,电极材料是影响超级电容器电化学性能的关键因素之一。本论文采用简单的电化学脱合金法制备了纳米多孔镍管和电化学氧化法制备了Ni(OH)2/NiO/Ni复合薄膜电极材料,并探讨了其电化学性能。 采用电化学脱合金法制备纳米多孔镍管,分别探索了电镀体系和电沉积活性物质的质量对纳米多孔镍管电容性能的影响。结果表明通过控制电镀体系中CuSO4的浓度可以调节纳米多孔镍管的管径尺寸、管分布密度及镍管形貌；通过控制活性物质的沉积质量,可以调节多孔镍管长度和薄膜厚度。SEM分析表明,在Cu2+浓度为0.1mol·L-1的电镀体系中制备出了电化学性能较优的纳米多孔镍管,管径为200-250nm,管长为1-2.5μm；在1mol·L-1KOH溶液中进行循环伏安和恒流充放电测试,结果显示在0.1mol·L-1CuSO4,1mol·L-1NiSO4,0.5mol·L-1H3BO3电镀体系中制备出沉积质量为0.30mg的纳米多孔镍管,在20A·g-1的电流密度下给出了527.56F·g’的比电容,且具有优异的循环稳定性。 通过简单的电化学氧化法,对电化学性能最优的纳米多孔镍管进行氧化得到复合薄膜电极。微观结构表明复合薄膜组成为Ni(OH)2/NiO/Ni,其中Ni(OH)2/NiO包裹在多孔镍管表面,各组分均为结晶状态。电化学性能测试表明,在3mA·cm-2的电流密度下,复合薄膜电极在10000次充放电循环后,容量保持率为98%；在电流密度为15A·g-1时,以Ni(OH)2/NiO质量为电极的有效质量计算出电极的比容量为1073F.g-1。在150A·g-1的大电流密度下,循环复合薄膜电极依然持有较高比容量(848F·g-1),且同时给出较高的功率密度(11.1kW·kg-1)和较大的能量密度(31.4kW·kg-1)此时容量保持率为15A·g-1时的79.3%,显示出良好的倍率性能和能量储存特点。
[Abstract]:Supercapacitor is a new type of energy storage device between secondary battery and traditional capacitor. It can charge and discharge quickly, has long cycle life, high power density, friendly to environment and wide temperature range. In recent years, researchers have attracted wide attention. Electrode material is one of the key factors affecting the electrochemical performance of supercapacitors. In this thesis, nano-porous nickel tubes were prepared by simple electrochemical dealloying method and NiOH was prepared by electrochemical oxidation method. 2 / NiO / Ni composite thin film electrode material. The electrochemical properties were also discussed. Nanoporous nickel tubes were prepared by electrochemical dealloying method. The effects of the quality of electroplating system and electrodeposition active material on the capacitive properties of nano-porous nickel tube were investigated. The results show that the diameter of nano-porous nickel tube can be adjusted by controlling the concentration of CuSO4 in the electroplating system. Inch. The distribution density and the morphology of nickel tube; By controlling the deposition quality of the active material, the length of the porous nickel tube and the thickness of the film can be adjusted by SEM analysis. Nano-porous nickel tubes with excellent electrochemical performance were prepared in 0.1 mol 路L ~ (-1) Cu2 electroplating system. The diameter of the nanoporous nickel tubes ranged from 200 to 250 nm and the length of the tubes ranged from 1 to 2.5 渭 m. Cyclic voltammetry and constant current charge-discharge measurements were carried out in 1 mol 路L -1 Koh solution. The results showed that the cyclic voltammetry and constant current charge and discharge measurements were found at 0.1 mol 路L -1 CuSO 4 and 1 mol 路L -1 NiSO 4. Nano-porous nickel tubes with deposition mass of 0.30mg were prepared in 0.5mol 路L ~ (-1) H _ 3BO _ 3 electroplating system. The specific capacitance of 527.56 F 路g'is obtained at the current density of 20A 路g ~ (-1) and has excellent cycle stability. The composite film electrode was obtained by simple electrochemical oxidation method on the nanoporous nickel tube with the best electrochemical performance. The microstructure of the composite film shows that the composition of the composite film is Ni(OH)2/NiO/Ni. The Ni(OH)2/NiO was encapsulated on the surface of the porous nickel tube and all the components were crystalline. The electrochemical performance test showed that at the current density of 3 Ma 路cm-2. After 10000 cycles of charge and discharge, the capacity retention rate of composite thin film electrode is 98. When the current density is 15A 路g ~ (-1). The specific capacity of the electrode was calculated with the effective mass of Ni(OH)2/NiO as the electrode. The specific capacity of the electrode was 1073 F.g-1. under the high current density of 150A 路g-1, the specific capacity of the electrode was calculated. The circular composite thin film electrode still holds high specific capacity (848F 路g-1). At the same time, the higher power density (11.1kW 路kg-1) and the larger energy density (31.4kW 路kg-1) are given. The capacity retention rate is 79.3% when the capacity is 15A 路g-1. It shows good performance of rate and energy storage.
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53;TB383.1

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