纳米多孔镍的制备及其电容性能研究
发布时间：2021-12-16 19:52
随着对化石能源的过度依赖和消耗,人类逐渐面临严重的环境恶化问题和能源枯竭危机。为实现替代化石能源、缓解能源危机的目标,必然选择开发和利用可持续发展的新能源和新型能源装置。超级电容器作为新型的储能元件,它不仅具有比传统电容器更高的能量密度,而且具备比电池更高的功率密度,因此成为人们关注和研究的热点。电极材料是决定超级电容器综合性能的最主要因素。当下电化学电容器的有利发展方向之一就是在已有的研究基础上,开发具有高容量的新型电极材料。因此本论文以提高材料的电导率和比表面积为出发点,开展一系列三维纳米多孔廉价镍电极材料的设计、制备与性能研究。通过探究三维多孔结构的设计制备、过渡金属氧化物与多孔金属之间的复合,以及考察前驱体组分、腐蚀电位等因素对电极材料电容性能的影响等,以期达到进一步改善超级电容器材料电容性能的目的。本论文主要研究内容如下:（1）合金元素配比对材料催化性能的影响。以两种不同镍含量的Ni-Al合金作为前驱体,采用脱合金法制备了纳米多孔镍材料（NPN）,考察了镍含量对材料微观结构及其电化学性能的影响。研究发现:在相同脱合金条件下由Ni33.5Al66...
【文章来源】：伊犁师范大学新疆维吾尔自治区
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器的应用领域
图 1-2 双电层电容器的工作原理示意图。法拉第赝电容器拉第准电容与双电层电容器不仅在储能方式上截然不同，而且伴随着电荷因此又称为法拉第赝电容。其原理最早由 B.E. Conway 提出：当电极工作面或体相的二维/准二维空间上，电化学活性物质在进行欠电位沉积时，会的氧化/还原反应，并产生法拉第准电容。[1]法拉第赝电容储存电荷时，极材料表面，而且储存在电极内部与电解质之间的双电层上，还存储在电的电解质离子发生的氧化还原反应中。因此当电极面积相同时，与双电层拉第准电容具有更高的电容量和能量密度。在具有这些优势的同时，其最的主要影响因素包括：电活性物质表面的离子取向，传递电荷的速度。而生于电极表面，还可产生于整个电极内部，所以可以在短时间内传递电荷的比功率。当电极面积相同时，法拉第赝电容的比功率可达双电层电容的百倍[11]，达蓄电池的数十倍。目前，法拉第赝电容器已成为科研工作者们过对超级电容器储能机理的介绍得出——超级电容器是传统电容器和蓄
（a）基于全固态超级电容器（SC）与纤维状摩擦电发电机（TENG）组装的可穿戴b）普通棉布在接触-分离模式运动中的 TENG 布的示意图；（c）尺寸为 10×10 cm2布的照片；（d）TENG 布的能量生成机制示意图。[29]导电聚合物材料电高分子聚合物具有价格低廉、环境相容性好和导电率高等优良特性[30]，重点关注的电容器电极材料之一。导电聚合物主要通过 n 型/p 型掺杂/去原反应来存储电荷的，因而其产生的电容主要由法拉第准电容提供。导电根据掺杂聚合物的类型可分为三类：（1）当电容器以同种 p 型掺杂的导电极时呈对称结构，其工作电压一般为 0.8 V～1 V；（2）当电容器以不同种合物材料为两电极时呈不对称结构，其工作电压可达 1.5 V；（3）当电容的聚合物材料为其中一个电极，以 n 型掺杂的聚合物材料为另一电极，其 3 V，因此被认为是最有潜力的电容器。[15]聚合物电容器的比能量和比0～50 Wh·kg-1和 2～20 kW·kg-1，与以活性炭为双电层电容器电极材料相物电容器的比电容约为活性炭电容器的 5～6 倍。[31]常见的导电高分子聚（PANI）、聚吡咯（PPY）和聚乙炔（PA）及其衍生物等。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔金属材料的化学制备方法及性能研究进展[J]. 曹凤,张文彦,张思思,燕阳天,杨瑞锋. 材料导报. 2017(21)
[2]多功能碳包覆的Ni@NiO纳米复合材料用于析氧反应、氧还原反应和锂离子电池电极的研究（英文）[J]. 徐冬阳,牟从普,王博翀,向建勇,阮文君,温福昇,杜夏,柳忠元,田永君. Science China Materials. 2017(10)
[3]NiO电极材料的溶胶凝胶法合成及其超级电容的性能[J]. 弥宁,赵磊,刘卯成. 材料研究学报. 2017(09)
[4]利用软模板法合成中空纳米结构的研究进展[J]. 王轶男,韩晓军. 应用化学. 2017(08)
[5]脱合金制备纳米多孔双金属氧化物NiMoO4及其电化学性能[J]. 周琦,郑斌,李志洋,王亚飞,冯基伟. 无机化学学报. 2017(08)
[6]纳米多孔金属力学性能的若干研究进展[J]. 郭林凯,王磊,章青. 材料导报. 2017(01)
[7]模板法制备无机纳米材料的研究进展[J]. 李磊,刘卫,谢雅典. 合成化学. 2017(01)
[8]超级电容器研究进展:从电极材料到储能器件[J]. 宋维力,范丽珍. 储能科学与技术. 2016(06)
[9]反应时间对液相法合成花状NiO微观结构及电容性能的影响[J]. 韩丹丹,丁元生,谭奥. 化学研究与应用. 2016(09)
[10]不锈钢化学镀Ni-Mo-P沉积速率的研究[J]. 黄晓梅,田川,李阳. 电镀与环保. 2016(03)
博士论文
[1]石墨烯基柔性纤维超级电容的电极材料研究[D]. 张雄.苏州大学 2015
[2]NiO和RuO2电极材料的制备及电容特性研究[D]. 郑言贞.哈尔滨工程大学 2007
[3]快凝Ni-Al合金结构及衍生骨架Ni催化剂加氢特性的研究[D]. 雷浩.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所） 2003
硕士论文
[1]去合金化制备纳米多孔双金属氧化物及其电化学性能研究[D]. 郑斌.兰州理工大学 2016
[2]纳米多孔合金的去合金化工艺研究[D]. 李大鹏.兰州理工大学 2013
[3]纳米碳化硅作为电极材料的应用与性能研究[D]. 高真真.燕山大学 2012
[4]NiMn合金的去合金化研究[D]. 孙钊.大连交通大学 2012
[5]纳米多孔铜的制备及其形成机理研究[D]. 周全.兰州理工大学 2012
[6]化学镀纳米铜膜的工艺参数和表面形貌及沉积原理研究[D]. 杨保中.吉林大学 2007
[7]纳米氢氧化镍与氧化镍的制备及其电容性能研究[D]. 桑林.天津大学 2007
本文编号：3538732
【文章来源】：伊犁师范大学新疆维吾尔自治区
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器的应用领域
图 1-2 双电层电容器的工作原理示意图。法拉第赝电容器拉第准电容与双电层电容器不仅在储能方式上截然不同，而且伴随着电荷因此又称为法拉第赝电容。其原理最早由 B.E. Conway 提出：当电极工作面或体相的二维/准二维空间上，电化学活性物质在进行欠电位沉积时，会的氧化/还原反应，并产生法拉第准电容。[1]法拉第赝电容储存电荷时，极材料表面，而且储存在电极内部与电解质之间的双电层上，还存储在电的电解质离子发生的氧化还原反应中。因此当电极面积相同时，与双电层拉第准电容具有更高的电容量和能量密度。在具有这些优势的同时，其最的主要影响因素包括：电活性物质表面的离子取向，传递电荷的速度。而生于电极表面，还可产生于整个电极内部，所以可以在短时间内传递电荷的比功率。当电极面积相同时，法拉第赝电容的比功率可达双电层电容的百倍[11]，达蓄电池的数十倍。目前，法拉第赝电容器已成为科研工作者们过对超级电容器储能机理的介绍得出——超级电容器是传统电容器和蓄
（a）基于全固态超级电容器（SC）与纤维状摩擦电发电机（TENG）组装的可穿戴b）普通棉布在接触-分离模式运动中的 TENG 布的示意图；（c）尺寸为 10×10 cm2布的照片；（d）TENG 布的能量生成机制示意图。[29]导电聚合物材料电高分子聚合物具有价格低廉、环境相容性好和导电率高等优良特性[30]，重点关注的电容器电极材料之一。导电聚合物主要通过 n 型/p 型掺杂/去原反应来存储电荷的，因而其产生的电容主要由法拉第准电容提供。导电根据掺杂聚合物的类型可分为三类：（1）当电容器以同种 p 型掺杂的导电极时呈对称结构，其工作电压一般为 0.8 V～1 V；（2）当电容器以不同种合物材料为两电极时呈不对称结构，其工作电压可达 1.5 V；（3）当电容的聚合物材料为其中一个电极，以 n 型掺杂的聚合物材料为另一电极，其 3 V，因此被认为是最有潜力的电容器。[15]聚合物电容器的比能量和比0～50 Wh·kg-1和 2～20 kW·kg-1，与以活性炭为双电层电容器电极材料相物电容器的比电容约为活性炭电容器的 5～6 倍。[31]常见的导电高分子聚（PANI）、聚吡咯（PPY）和聚乙炔（PA）及其衍生物等。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔金属材料的化学制备方法及性能研究进展[J]. 曹凤,张文彦,张思思,燕阳天,杨瑞锋. 材料导报. 2017(21)
[2]多功能碳包覆的Ni@NiO纳米复合材料用于析氧反应、氧还原反应和锂离子电池电极的研究（英文）[J]. 徐冬阳,牟从普,王博翀,向建勇,阮文君,温福昇,杜夏,柳忠元,田永君. Science China Materials. 2017(10)
[3]NiO电极材料的溶胶凝胶法合成及其超级电容的性能[J]. 弥宁,赵磊,刘卯成. 材料研究学报. 2017(09)
[4]利用软模板法合成中空纳米结构的研究进展[J]. 王轶男,韩晓军. 应用化学. 2017(08)
[5]脱合金制备纳米多孔双金属氧化物NiMoO4及其电化学性能[J]. 周琦,郑斌,李志洋,王亚飞,冯基伟. 无机化学学报. 2017(08)
[6]纳米多孔金属力学性能的若干研究进展[J]. 郭林凯,王磊,章青. 材料导报. 2017(01)
[7]模板法制备无机纳米材料的研究进展[J]. 李磊,刘卫,谢雅典. 合成化学. 2017(01)
[8]超级电容器研究进展:从电极材料到储能器件[J]. 宋维力,范丽珍. 储能科学与技术. 2016(06)
[9]反应时间对液相法合成花状NiO微观结构及电容性能的影响[J]. 韩丹丹,丁元生,谭奥. 化学研究与应用. 2016(09)
[10]不锈钢化学镀Ni-Mo-P沉积速率的研究[J]. 黄晓梅,田川,李阳. 电镀与环保. 2016(03)
博士论文
[1]石墨烯基柔性纤维超级电容的电极材料研究[D]. 张雄.苏州大学 2015
[2]NiO和RuO2电极材料的制备及电容特性研究[D]. 郑言贞.哈尔滨工程大学 2007
[3]快凝Ni-Al合金结构及衍生骨架Ni催化剂加氢特性的研究[D]. 雷浩.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所） 2003
硕士论文
[1]去合金化制备纳米多孔双金属氧化物及其电化学性能研究[D]. 郑斌.兰州理工大学 2016
[2]纳米多孔合金的去合金化工艺研究[D]. 李大鹏.兰州理工大学 2013
[3]纳米碳化硅作为电极材料的应用与性能研究[D]. 高真真.燕山大学 2012
[4]NiMn合金的去合金化研究[D]. 孙钊.大连交通大学 2012
[5]纳米多孔铜的制备及其形成机理研究[D]. 周全.兰州理工大学 2012
[6]化学镀纳米铜膜的工艺参数和表面形貌及沉积原理研究[D]. 杨保中.吉林大学 2007
[7]纳米氢氧化镍与氧化镍的制备及其电容性能研究[D]. 桑林.天津大学 2007
本文编号：3538732
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