NiO基超级电容器电极材料的制备及其电容性能研究

发布时间：2017-08-29 06:37

  本文关键词：NiO基超级电容器电极材料的制备及其电容性能研究

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【摘要】：超级电容器作为一种新型的储能器件,其性能介于传统电容器和电池之间,具有功率密度高、循环寿命长、环境污染小等优点,在电动汽车、航天航空、电子通讯等领域有着广阔的应用前景。近年来,研究者们对于超级电容器电极材料的制备及其应用作了一系列的探索,研究表明,电极材料对于超级电容器的性能具有至关重要的影响。通过对电极材料制备方法的改进,提高器件的整体性能,已经成为目前的研究热点之一。本论文主要研究了水热法制备氧化镍(NiO)电极材料,通过不同的实验方法对电极材料进行评价,采用不同的表征方法观察材料的结构变化,深入分析结构的改变造成性能变化的原因。具体研究内容如下:(1)以硝酸镍[Ni(NO3)2·6H2O]为原料,泡沫镍为基底,采用先水热,后退火的方法制备NiO电极。通过优化反应物质量、水热温度、退火温度等实验条件,采用添加表面活性剂、在制备过程中施加磁场等方法,改进NiO电极材料的电化学性能。研究表明,该方法制备的NiO呈类六边形结构,表面活性剂CTAB与磁场的施加能够有效提升NiO电极的性能。磁场环境下制备的NiO(MF-NiO-1.5A),在3 M浓度的KOH电解液中,电流密度为0.5 A/g时,比电容达到932.没1 F/g,且经过1000次充放电测试后,比电容仍然保持为初始值的91.9%,表现出良好的循环稳定性。(2)以硝酸镍和尿素为原料,泡沫镍为基底,同样采用水热-退火处理的方法制备NiO电极。通过改变硝酸镍、尿素的反应物摩尔比;添加不同种类的表面活性剂;在水热过程中施加磁场;以及掺杂CMK-3,对NiO电极材料进行表面改性。研究表明,制备得到的NiO具有多孔的表面形貌,且其结构、形貌易受到实验工艺的影响。其中,添加表面活性剂SDS能够显著提高NiO电极的比电容,在3 M浓度的KOH电解液中,比电容达到1149.6 F/g(0.5 A/g)。并通过施加磁场的方法制备了均匀多孔的NiO电极,MF-NiO-1.0A的比电容高达1641.1 F/g,具有良好的循环稳定性。此外,本文用CMK-3对NiO电极进行掺杂,研究表明,当CMK-3添加量为7.5 mg时,该电极材料的比电容达到1587.9F/g(0.5 A/g),在1000次循环充放电后,比电容保持为初始值的94.4%。
【关键词】：超级电容器 水热法 NiO 泡沫镍 赝电容
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 超级电容器概述11-20
• 1.1.1 超级电容器的研究背景11-12
• 1.1.2 超级电容器的结构、基本原理与分类12-15
• 1.1.3 超级电容器的特点15-17
• 1.1.4 超级电容器的电极材料17-19
• 1.1.5 超级电容器的应用19-20
• 1.2 本文的选题意义及研究内容20-23
• 1.2.1 选题的背景及意义20-21
• 1.2.2 研究内容及创新点21-23
• 第二章 电极材料的制备及测试方法23-29
• 2.1 实验的主要原材料及仪器设备23-25
• 2.1.1 化学试剂及原材料23-24
• 2.1.2 主要仪器及设备24-25
• 2.2 电极的制备25
• 2.3 电极材料的分析与测试方法25-29
• 2.3.1 X射线衍射25
• 2.3.2 扫描电子显微镜25-26
• 2.3.3 透射电子显微镜26
• 2.3.4 拉曼光谱仪26
• 2.3.5 静态氮气吸附仪26
• 2.3.6 电化学工作站26-29
• 第三章 类六边形NiO电极材料的制备及其性能研究29-57
• 3.1 引言29
• 3.2 NiO的制备及实验条件优化29-44
• 3.2.1 类六边形NiO的制备29-30
• 3.2.2 结果与讨论30-44
• 3.3 NiO制备工艺的改进44-55
• 3.3.1 电极材料的制备44-46
• 3.3.2 结果与讨论46-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第四章 多孔NiO电极材料的制备及其性能研究57-77
• 4.1 引言57
• 4.2 多孔NiO的制备57-58
• 4.3 结果与讨论58-75
• 4.3.1 反应物摩尔比的影响58-61
• 4.3.2 表面活性剂的影响61-65
• 4.3.3 磁场的影响65-70
• 4.3.4 掺杂CMK-3 的影响70-75
• 4.4 本章小结75-77
• 第五章 结论与展望77-79
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-79
• 参考文献79-84
• 攻读硕士学位期间公开发表论文84-85
• 致谢85

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本文编号：751852