镍基复合材料的制备及其在电化学中的应用

发布时间：2017-09-22 21:00

  本文关键词：镍基复合材料的制备及其在电化学中的应用

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【摘要】：为实现可持续发展,人们不断地探索、研究和开发可再生的新能源,同时致力于研究节能型设备和节约型生产。超级电容器和锂离子电池作为绿色环保、性能优异的新型储能器件代表,因其各自的特点都具有广阔的市场前景,受到了各国政府及科研机构的广泛关注。镍基纳米材料作为一种具有诸多优点的材料体系,一直在储能器件上受到广泛的重视。Ni(OH)2作为良好的赝电容性能材料,具有电化学性能良好、资源丰富、价格低等优点。但是很少有探究泡沫镍与Ni(OH)2关系的研究,也很少有针对Ni(OH)2生长浓度对其性能影响的研究。铁氧体是一类有代表性的过渡金属氧化物,其作为锂离子电池负极材料具有较高的理论容量,然而也有电导率低、循环性能差等缺点。为改善其电化学性能,在电极材料中添加金属Ni可以提高材料的电导率,促进电极材料的电化学反应动力学,并且有助于在电纺的碳纳米纤维上形成均匀的碳纳米管。本文首先用水热法在泡沫镍上生长层状Ni(OH)2纳米阵列,探究了泡沫镍表面情况对Ni(OH)2生长形貌的影响,此外还通过改变反应时间,探究了Ni(OH)2的生长机理。在特定条件下生成的独特的稻穗层状纳米阵列结构增加了Ni(OH)2材料的比表面积,获得了更好的电化学性能。在0-0.48V的电压区间内以6mA/cm2的电流密度测得了2.83F/cm2的容量,在24mA/cm2的大电流密度下经过3000个循环后容量还保有初始容量的51.5%。我们还通过静电纺丝法和后续的450、550、650℃退火工艺合成了Ni0.5Zn0.5Fe204/Ni/C (NZFO/Ni/C)、ZnFe2O4/Ni/Fe/C (ZFO/Ni/Fe/C)和ZnO/Ni/Fe/C纳米纤维。经测试,掺杂了金属Ni和Fe的ZnFe2O4/C复合纳米纤维具有比另外两种样品更好的锂电性能,在100mA/g的电流密度下,初始放电容量为1316mAh/g,经过200个循环后依然保有793mAh/g的容量。
【关键词】：镍 氢氧化镍 超级电容器 锂离子电池
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 综述13-31
• 1.1 引言13-14
• 1.2 超级电容器简介14-19
• 1.2.1 超级电容器的概念和历史14-15
• 1.2.2 超级电容器的原理15-16
• 1.2.3 超级电容器的结构16-17
• 1.2.4 超级电容器的特点17
• 1.2.5 超级电容器电极材料的研究进展17-19
• 1.3 锂离子电池简介19-23
• 1.3.1 锂离子电池的概念和历史19
• 1.3.2 锂离子电池的原理19-20
• 1.3.3 锂离子电池的结构20-22
• 1.3.4 锂离子电池的特点22
• 1.3.5 锂离子电池负极材料的研究进展22-23
• 1.4 镍基材料简介23-30
• 1.4.1 纳米金属镍的特点以及在锂离子电池中的应用23-25
• 1.4.2 纳米金属镍材料的制备方法25-26
• 1.4.3 氢氧化镍的特点以及在超级电容器中的应用26-28
• 1.4.4 纳米氢氧化镍材料的制备方法28-30
• 1.5 本文的主要工作30-31
• 第2章 层状Ni(OH)_2纳米阵列的合成及其超级电容器性能的研究31-44
• 2.1 引言31
• 2.2 实验设备及实验方法31-34
• 2.2.1 仪器与设备31-32
• 2.2.2 实验原料32
• 2.2.3 实验方法32-34
• 2.3 稻穗层状Ni(OH)_2纳米阵列的表征34-36
• 2.3.1 SEM分析34-35
• 2.3.2 XRD分析35
• 2.3.3 TEM分析35-36
• 2.4 泡沫镍表面对Ni(OH)_2纳米阵列形貌的影响36-37
• 2.5 不同反应时间对Ni(OH)_2纳米阵列形貌的影响37-38
• 2.6 Ni(OH)_2纳米阵列的电化学性能38-42
• 2.6.1 稻穗层状Ni(OH)_2纳米阵列的循环伏安测试38-39
• 2.6.2 不同反应时间Ni(OH)_2纳米阵列的恒流充放电测试39-40
• 2.6.3 不同反应时间Ni(OH)_2纳米阵列的循环性能40-41
• 2.6.4 不同反应时间Ni(OH)_2纳米阵列的能量密度和功率密度41-42
• 2.7 Ni(OH)_2/泡沫镍电极的结构机理图42-43
• 2.8 本章小结43-44
• 第3章 Ni~0、Fe~0共掺杂的铁氧体/碳纳米纤维的合成及其锂离子电池性能的研究44-62
• 3.1 引言44
• 3.2 实验设备及实验方法44-47
• 3.2.1 仪器与设备44-45
• 3.2.2 实验原料45
• 3.2.3 实验方法45-47
• 3.3 铁氧体/磁复合纳米纤维的表征47-53
• 3.3.1 XRD分析47-48
• 3.3.2 XPS测试48-49
• 3.3.3 热重分析49-50
• 3.3.4 SEM分析和示意图50-51
• 3.3.5 TEM和EDS分析51-53
• 3.4 铁氧体/碳复合纳米纤维的电化学性能53-60
• 3.4.1 铁氧体/碳复合纳米纤维的循环伏安测试53-55
• 3.4.2 铁氧体/碳复合纳米纤维的恒流充放电性能55-56
• 3.4.3 铁氧体/碳复合纳米纤维的循环性能56-58
• 3.4.4 铁氧体/碳复合纳米纤维的倍率性能58-59
• 3.4.5 铁氧体/碳复合纳米纤维的阻抗性能59-60
• 3.5 本章小结60-62
• 结论62-63
• 参考文献63-72
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录72-73
• 致谢73

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本文编号：902814