氢氧化镍纳米结构的制备、优化及其电化学性能的研究

发布时间：2017-07-13 10:37

  本文关键词：氢氧化镍纳米结构的制备、优化及其电化学性能的研究

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【摘要】：随着科技技术的飞速发展,人们对能源的需求越来越大,然而日益严峻的环境现状不允许人们过度使用化石燃料。此外,即将消耗殆尽的化石燃料却不足以满足人类对能源的需求。人类迫切地需要寻求新的高效可再生清洁能源,如太阳能、风能等。然而这些能源的分散性、间歇性要求更高效、稳定的能源存储设备。电化学超级电容器就是在这种背景下发展起来的一种新型绿色高效储能设备。电化学超级电容器又被称为超级电容器,综合了二次电池和传统静电式电容器的优点,同时具有寿命长、比电容高、可快速充放电、环境友好等优点,在人类生活、航天、国防的各个领域有着广阔的应用前景。本论文研究了基于纳米结构的氢氧化镍作为电化学超级电容器电极的电化学性能并对其进行了二氧化锰材料的复合优化,并研究了复合材料电极用作柔性超级电容器电极时的电化学性能,主要内容如下:(1)使用简单的水热法在片状纳米结构的氢氧化镍/泡沫镍电极材料,并采用了XRD、SEM等表征手段对电极材料进行了物相、形貌进行了表征,结果显示氢氧化镍把泡沫镍表面完全覆盖。选用浓度为3 M的氢氧化钾为电解液对电极材料进行电化学性能表征,如循环伏安测试,恒流充放电测试,交流阻抗测试等。在排除泡沫镍基底对电极材料电化学性能的贡献之后,恒流充放电测试结果表明,该电极材料在电流密度为2 mA/cm2时面积比电容达到了2.5 F/cm2。1000次恒流充放电循环后,这种电极材料的面积比电容仍保持了92.5%,表现出良好的循环稳定性。这种集流体上直接合成电极活性材料的合成方法简化了超级电容器的电极制备步骤,减少了电极压制过程中导电剂、粘结剂等添加成分对电极活性材料电化学性能的影响。(2)对上述电极材料进行复合优化,用水热分解高锰酸钾在电极材料上复合了二氧化锰。并对电极材料进行了XRD、SEM、EDS等表征,确定了电极材料的成份及形貌。随后研究了该电极材料的电化学性能,与优化前相比,复合材料的面积比电容增加了4倍多,达到了9.56 F/cm2(电流密度为5 mA/cm2),循环稳定性也显著提高,大电流(20 mA/cm2)恒流充放循环2000次后复合材料电极的面积比容量仍保持了92.3%左右。(3)将上述复合材料电极用作电极,自制PVA-KOH胶体为电解质封装了柔性固态超级电容器,并研究了复合材料作为固态器件电极的电化学性能,在恒流充放电测试时,固态器件电极的面积比电容量可达241 mF/cm2(电流密度为1 mA/cm2)。该电极在恒流充放电循环测试5000次后(电流密度为2 mA/cm2),电容保存率为98%左右,循环性能良好。为了顺应电子产品智能化、微型化、柔性化、可穿戴化的发展趋势,我们还研究了固态器件的机械稳定性,对器件进行不同程度的弯曲,发现器件的电化学性能变化几乎不变,说明我们的柔性固态器件在极限条件下的性能稳定性。
【关键词】：超级电容器 水热法 氢氧化镍 二氧化锰 柔性全固态超级电容器
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-32
• 1.1 引言10-11
• 1.2 超级电容器概述11-15
• 1.3 超级电容器的分类及其储能机理15-20
• 1.4 超级电容器电极材料概述20-30
• 1.5 本文选题背景、意义及主要内容30-32
• 2 实验方法及原理32-40
• 2.1 引言32
• 2.2 实验试剂、原材料及仪器设备32-33
• 2.3 电极材料的物相结构分析、表征方法33-34
• 2.4 电极材料的电化学性能表征方法34-40
• 3 氢氧化镍/泡沫镍电极的制备及其电化学性能的研究40-48
• 3.1 引言40
• 3.2 氢氧化镍/泡沫镍电极材料的合成方法40-41
• 3.3 氢氧化镍电极材料的表征及电化学性能41-46
• 3.4 本章小结46-48
• 4 氢氧化镍/泡沫镍电极的优化及其电化学性能的研究48-54
• 4.1 引言48
• 4.2 氢氧化镍电极材料的优化48-49
• 4.3 复合电极材料的表征及电化学性能49-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 固态超级电容器的制备其电化学性能的研究54-60
• 5.1 引言54
• 5.2 柔性全固态器件的制备方法54-55
• 5.3 柔性全固态器件的电化学性能55-58
• 5.4 本章小结58-60
• 6 总结与展望60-62
• 6.1 工作总结60-61
• 6.2 问题与展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-71
• 附录I 攻读硕士学位期间发表的论文目录71

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