镍基电极材料的微观结构调控及电化学性能研究
发布时间：2021-07-31 01:27
超级电容器的性能主要取决于电解质离子与活性材料之间的电化学反应,提高其电化学性能首先需要解决电化学反应过程中电荷的传输问题;另一方面,活性材料的稳定性取决于材料的内源性及外源性结构稳定性,决定了超级电容器的循环稳定性。本论文基于具有高理论比电容的镍基电极材料,采用减小颗粒尺寸、离子掺杂、微观结构调控等不同的方法,解决电化学反应过程中电荷的传输及材料的稳定性问题,试图获得高性能的超级电容器。主要研究结果如下:（1）以CTAB为添加剂,通过一步溶剂热制备合成出具有小尺寸的NiO纳米颗粒,其展示了较高的电化学性能,在3.1 A g-1时比电容可高达515.6 C g-1,并且在经历了5000次循环充放电后其电容保持率仍可达到90%。（2）采用高剪切反应器制备了Zn2+掺杂的Ni（OH）2多孔球,由于Zn2+的掺杂及分级纳米结构提高了Ni（OH）2的结构稳定性并强化了电解质离子的传输,Ni（OH）2多孔球,其获得了高电化学性能:在电流密度为2...
【文章来源】：烟台大学山东省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器结构示意图
3NiO纳米颗粒的表征及电化学性能研究28图3-6NiO样品的TEM照片：（a-b）S170-C300；（c-f）S180-CTABFig.3-6TEMimagesofNiOsample(a-b)S170-C300and(c-f)S180-CTAB.通过TEM观察S180-CTAB和S170-C300两个样品，研究CTAB对NiO颗粒形态的影响。在图3-6a的低放大倍数的TEM照片中，可看出样品S170-C300呈现出聚集的纳米片形态，然而在图3-6b高放大倍数的TEM照片中可以观察到，这些纳米片实际上是由直径约8nm的NiO纳米颗粒通过边缘在二维方向上连接在一起而成。众所周知层状的Ni(OH)2具有片状的形态[60,61]，高温热处理会使其通过羟基的缩合形成NiO，在此过程中体积收缩将导致纳米片破裂，而同时此过程所产生的NiO纳米颗粒将原位聚集并通过其边缘彼此连接，从而形成颗粒组成的片状形态。从图3-6c-f中的样品S180-CTAB的TEM照片中，可观察到NiO颗粒的直径约为4.5nm，小于煅烧得到的样品S170-C300，而且这些NiO颗粒之间彼此独立，与此同时还可以观察到其中存在一些片状二维结构，而这些二维结构也是由NiO颗粒组成。
4Zn2+掺杂Ni(OH)2分级多孔球的表征及电化学性能研究34图4-1Ni(OH)2分级多孔球的合成示意图Fig.4-1SchematicillustrationforthesynthesisofNi(OH)2hierarchicallyporousspheres.为探究HSM转子转速对合成Ni(OH)2多孔球的影响，本实验分别在转速为10000、13000、16000和19000rpm的条件下制备了四个样品。从图4-2a的XRD谱图可以看出这四个样品皆呈现出典型的-Ni(OH)2结构（JCPDS38-0715）。1020304050607080HSM-19000rpm-Ni(OH)2HSM-16000rpm-Ni(OH)2HSM-13000rpm-Ni(OH)2Indensity(a.u.)2(degree)HSM-10000rpm-Ni(OH)2(a)JCPDS38-07150.00.10.20.30.40.50.6-4004080120HSM-10000rpm-Ni(OH)2HSM-13000rpm-Ni(OH)2HSM-16000rpm-Ni(OH)2HSM-19000rpm-Ni(OH)2Currentdensity(Ag-1)Potential(V)(b)Scanrate:5mVs-10400800120016000.10.20.30.40.5HSM-10000rpm-Ni(OH)2HSM-13000rpm-Ni(OH)2HSM-16000rpm-Ni(OH)2HSM-19000rpm-Ni(OH)2Potential(V)Time(s)Currentdensity：~2.1Ag-1(c)0102030500100015002000HSM-10000rpm-Ni(OH)2HSM-13000rpm-Ni(OH)2HSM-16000rpm-Ni(OH)2HSM-19000rpm-Ni(OH)2Specificcapacitance(Cg-1)Currentdensity(Ag-1)(d)图4-2（a）样品HSM-10000rpm-Ni(OH)2、HSM-13000rpm-Ni(OH)2、HSM-16000rpm-Ni(OH)2和HSM-19000rpm-Ni(OH)2的XRD图谱,（b）CV曲线,（c）GCD曲线；（d）比电容与电流密度的关系曲线。Fig.4-2(a)XRDpatternsofsamplesHSM-10000rpm-Ni(OH)2,HSM-13000rpm-Ni(OH)2,HSM-16000rpm-Ni(OH)2andHSM-19000rpm-Ni(OH)2;(b)CVcurves;(c)GCDcurves;(d)thecurvesofspeci
本文编号：3312491
【文章来源】：烟台大学山东省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器结构示意图
3NiO纳米颗粒的表征及电化学性能研究28图3-6NiO样品的TEM照片：（a-b）S170-C300；（c-f）S180-CTABFig.3-6TEMimagesofNiOsample(a-b)S170-C300and(c-f)S180-CTAB.通过TEM观察S180-CTAB和S170-C300两个样品，研究CTAB对NiO颗粒形态的影响。在图3-6a的低放大倍数的TEM照片中，可看出样品S170-C300呈现出聚集的纳米片形态，然而在图3-6b高放大倍数的TEM照片中可以观察到，这些纳米片实际上是由直径约8nm的NiO纳米颗粒通过边缘在二维方向上连接在一起而成。众所周知层状的Ni(OH)2具有片状的形态[60,61]，高温热处理会使其通过羟基的缩合形成NiO，在此过程中体积收缩将导致纳米片破裂，而同时此过程所产生的NiO纳米颗粒将原位聚集并通过其边缘彼此连接，从而形成颗粒组成的片状形态。从图3-6c-f中的样品S180-CTAB的TEM照片中，可观察到NiO颗粒的直径约为4.5nm，小于煅烧得到的样品S170-C300，而且这些NiO颗粒之间彼此独立，与此同时还可以观察到其中存在一些片状二维结构，而这些二维结构也是由NiO颗粒组成。
4Zn2+掺杂Ni(OH)2分级多孔球的表征及电化学性能研究34图4-1Ni(OH)2分级多孔球的合成示意图Fig.4-1SchematicillustrationforthesynthesisofNi(OH)2hierarchicallyporousspheres.为探究HSM转子转速对合成Ni(OH)2多孔球的影响，本实验分别在转速为10000、13000、16000和19000rpm的条件下制备了四个样品。从图4-2a的XRD谱图可以看出这四个样品皆呈现出典型的-Ni(OH)2结构（JCPDS38-0715）。1020304050607080HSM-19000rpm-Ni(OH)2HSM-16000rpm-Ni(OH)2HSM-13000rpm-Ni(OH)2Indensity(a.u.)2(degree)HSM-10000rpm-Ni(OH)2(a)JCPDS38-07150.00.10.20.30.40.50.6-4004080120HSM-10000rpm-Ni(OH)2HSM-13000rpm-Ni(OH)2HSM-16000rpm-Ni(OH)2HSM-19000rpm-Ni(OH)2Currentdensity(Ag-1)Potential(V)(b)Scanrate:5mVs-10400800120016000.10.20.30.40.5HSM-10000rpm-Ni(OH)2HSM-13000rpm-Ni(OH)2HSM-16000rpm-Ni(OH)2HSM-19000rpm-Ni(OH)2Potential(V)Time(s)Currentdensity：~2.1Ag-1(c)0102030500100015002000HSM-10000rpm-Ni(OH)2HSM-13000rpm-Ni(OH)2HSM-16000rpm-Ni(OH)2HSM-19000rpm-Ni(OH)2Specificcapacitance(Cg-1)Currentdensity(Ag-1)(d)图4-2（a）样品HSM-10000rpm-Ni(OH)2、HSM-13000rpm-Ni(OH)2、HSM-16000rpm-Ni(OH)2和HSM-19000rpm-Ni(OH)2的XRD图谱,（b）CV曲线,（c）GCD曲线；（d）比电容与电流密度的关系曲线。Fig.4-2(a)XRDpatternsofsamplesHSM-10000rpm-Ni(OH)2,HSM-13000rpm-Ni(OH)2,HSM-16000rpm-Ni(OH)2andHSM-19000rpm-Ni(OH)2;(b)CVcurves;(c)GCDcurves;(d)thecurvesofspeci
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