镍基氢氧化物的纳米微结构调控及电化学性能研究

发布时间：2017-08-02 03:17

  本文关键词：镍基氢氧化物的纳米微结构调控及电化学性能研究

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【摘要】：镍基氧化物及氢氧化物是一类重要的超级电容器电极材料,研究表明其电化学性能取决于材料的尺寸、形貌、结构等参数,因此调控这些参数是合成高电化学性能镍基电极材料的主要手段。本文采用水热方法成功制备了四种高性能的镍基电极材料,包括毛毡形态纳米β-NiOOH、β-Ni(OH)_2纳米片、Co掺杂α-Ni(OH)_2纳米纤维以及蒲公英形态纳米CoNiAl三金属氢氧化物。以下为具体研究内容:(1)毛毡形态纳米β-NiOOH的制备及电化学性能研究:采用水热方法制备了呈现分级结构的毛毡形态纳米β-NiOOH,此结构可使β-NiOOH与电解质离子之间充分接触,并缩短了电子迁移和离子扩散距离,从而使材料具有良好的电化学性能:当扫描速率为5 mV s~(-1)时,材料的比容量高达2585 F g~(-1),而在电流密度为30 A g~(-1)时,比容量为1240 F g~(-1)。另外,由于材料独特的纳米结构可以承受电化学氧化还原反应中产生的应变及应力,因而极大提高了材料的稳定性,在4000次充放电循环测试后,材料仍保持为原比容量的86%。(2)β-Ni(OH)_2纳米片的制备及电化学性能研究:采用水热方法以丙三醇为助剂制备了β-Ni(OH)_2纳米片,研究表明丙三醇具有表面粗糙度调控的作用,其可使纳米片的表面积从13.09 m~2 g~(-1)提高到22.65 m~2 g~(-1),这增加了纳米片与电解质离子之间的接触面积,因而提高了其电化学性能。在反应溶液中丙三醇体积分数为5%时,所制备的纳米片展现最佳的电化学性能:电流密度为1.3 A g~(-1)时,纳米片的比容量达到2100 F g~(-1),而在电流密度为26.3 A g~(-1)时,比容量为1281 F g~(-1)。(3)Co掺杂α-Ni(OH)_2纳米纤维的制备及电化学性能研究:采用水热方法在泡沫镍衬底的表面形成由Co~(2+)掺杂的α-Ni(OH)_2纳米纤维所构成的纳米毛毡形态。研究表明,Co掺杂和材料独特的纳米结构使材料呈现出高电化学性能:当钴的掺杂量为11.1%时,材料的电化学性能最优,电流密度为1.1 A g~(-1)时,材料的比容量可达到2687F g~(-1),而在电流密度为35.3 A g~(-1)时,比容量为1335 F g~(-1)。(4)蒲公英形态纳米CoNiAl三金属氢氧化物的制备及电化学性能研究:采用水热方法在泡沫镍表面生长出蒲公英形态纳米CoNiAl三金属氢氧化物,通过优化钴、镍、铝三元素比例使所制备的材料呈现出高电化学性能和良好的充放电循环寿命:当镍、钴、铝摩尔比为8:2:1时,所制备的材料在扫面速率为5 mV s~(-1)时比容量高达2827 F g~(-1),在2000次充放电循环后,比容量仍可保留起始比容量的85%。
【关键词】：超级电容器 结构形貌 镍基氢氧化物 电化学性能
【学位授予单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TM53
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 文献综述10-24
• 1.1 概述10
• 1.2 超级电容器概述10-13
• 1.2.1 超级电容器应用10-12
• 1.2.2 超级电容器结构12
• 1.2.3 超级电容器的分类12-13
• 1.3 超级电容器材料的研究现状13-21
• 1.3.1 碳材料14-16
• 1.3.2 导电聚合物16-17
• 1.3.3 过渡金属氧化物17-19
• 1.3.4 过渡金属氢氧化物19-21
• 1.4 超级电容器电极材料的合成方法21-23
• 1.4.1 沉淀法21-22
• 1.4.2 溶胶凝胶法22
• 1.4.3 电沉积法22
• 1.4.4 水热/溶剂热法22-23
• 1.5 本课题的研究目的和意义23-24
• 2 实验部分24-30
• 2.1 实验仪器及原料24-25
• 2.2 表征仪器25
• 2.3 电化学测试25-27
• 2.4 电极材料的制备27-30
• 2.4.1 毛毡形态纳米 β-NiOOH的制备27-28
• 2.4.2 β-Ni(OH)_2纳米片的制备28
• 2.4.3 Co掺杂 α-Ni(OH)_2纳米纤维的制备28
• 2.4.4 蒲公英形态纳米CoNiAl三氢氧化物的制备28-30
• 3 毛毡形态纳米 β-NiOOH的表征及电化学性能研究30-38
• 3.1 引言30-31
• 3.2 优化反应温度的确定31-33
• 3.2.1 反应温度对材料结构的影响31
• 3.2.2 反应温度对材料电化学性能的影响31-33
• 3.3 材料形态33-35
• 3.4 电化学性能35-36
• 3.5 充放电循环稳定性36-37
• 3.6 小结37-38
• 4 β-Ni(OH)_2纳米片的表面改性表征及电化学性能研究38-48
• 4.1 引言38-39
• 4.2 最优丙三醇加入量的确定39-42
• 4.2.1 丙三醇加入量对样品结构的影响39-40
• 4.2.2 丙三醇加入量对电化学性能的影响40-42
• 4.3 物相分析42-44
• 4.4 电化学性能44-46
• 4.5 充放电循环稳定性46
• 4.6 小结46-48
• 5 毛毡状Co~(2+)掺杂 α-Ni(OH)_2纳米纤维的表征及电化学性能研究48-56
• 5.1 引言48-49
• 5.2 最优钴掺杂量的确定49-51
• 5.2.1 Co~(2+)掺杂量对样品结构的影响49-50
• 5.2.2 Co~(2+)掺杂量对电化学性能的影响50-51
• 5.3 材料形貌51-52
• 5.4 电化学性能52-54
• 5.5 小结54-56
• 6 蒲公英形态纳米CoNiAl三金属氢氧化物的表征及电化学性能研究56-66
• 6.1 引言56-57
• 6.2 最优Ni~(2+):Co~(2+):Al~(3+)比例的确定57-60
• 6.2.1 Co、Al掺杂量对电化学性能影响57-59
• 6.2.2 Co、Al掺杂量对样品结构影响59-60
• 6.3 形态分析60-62
• 6.4 电化学性能62-64
• 6.5 小结64-66
• 7 结论与展望66-68
• 7.1 结论66-67
• 7.2 展望67-68
• 参考文献68-79
• 致谢79-80
• 作者简介80-81
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文81-83

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