泡沫镍基原位自生长NiO及NiO复合材料及其电化学性能的研究

发布时间：2017-08-28 22:31

  本文关键词：泡沫镍基原位自生长NiO及NiO复合材料及其电化学性能的研究

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【摘要】：超级电容器是一种新型的储能元件，兼具电容器与电池的优点，是目前能源领域的研究热点之一。超级电容器电极材料的电化学性质对超级电容器的性能具有决定性作用，因此提高电极材料的电化学性能是提高超级电容器储能能力的重要途径。本文以提高氧化镍电极材料的比容量为目的，以泡沫镍为基底和生长源，分别从制备方法和制备条件出发，研究它们对产物比电容的影响，获得接近理论比电容的氧化镍电极材料；并在此基础上进一步原位合成SnO2/NiO, PANI/NiO复合电极材料，分别对其形貌结构，电化学特性进行分析。 以泡沫镍和草酸为原料，将通氧烧结的泡沫镍与草酸水热反应后再烧结制得NiO电极材料，操作简单而且成本较低，其微观形貌由大小均一的微观颗粒组成，电化学测试结果也表明制得的NiO电极材料具有良好的循环特性，放电比电容可达到126F/g。在此基础上对生长方法进行改进，直接将泡沫镍与草酸进行水热反应后烧结，结果表明两者具有相似的微观形貌，但改进后的方法制得的NiO电极材料最高比电容可达到250F/g。进一步对反应过程进行优化，完全省略烧结过程，将泡沫镍与草酸水热合成后将产物进行电化学分解，其微观结构发生了改变，形貌呈现银耳状，，电化学测试后发现其比电容高达2049.4F/g。 在此基础上，我们对NiO材料进行复合，希望能够得到更大比电容的电极材料。以SnCl4，氨水，草酸为原料，通过溶胶-凝胶法制得Sn(OH)4溶胶之后与泡沫镍进行水热反应，其产物形貌为纳米颗粒，均匀的覆盖在泡沫镍基底表面，电化学测试的结果表明其具有良好的电化学稳定性及循环寿命，最大比电容可达到1460F/g。 合成金属氧化物复合电极材料后，我们进一步探索合成导电聚合物复合电极材料。以苯胺和过硫酸铵溶液为原料，以泡沫镍与草酸水热后的产物作为基底，室温下进行原位聚合。分别讨论了不同质子酸及其聚合条件对产物电化学性能的影响，发现以盐酸为质子酸效果最佳，其产物呈纳米花状，且电化学性能良好，最大比电容可达2565.45F/g。
【关键词】：超级电容器 氧化镍 复合材料 电化学性能测试
【学位授予单位】：吉林大学
【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
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 引言10
• 1.2 超级电容器简述10-14
• 1.2.1 超级电容器原理10-11
• 1.2.2 超级电容器性能特点11-12
• 1.2.3 超级电容器的缺点12
• 1.2.4 超级电容器发展趋势12
• 1.2.5 超级电容器电极材料12-14
• 1.3 本论文的选题及设计思路14-15
• 第二章 二步法原位合成 NiO 电极材料及其性能的研究15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 实验部分15-18
• 2.2.1 试剂与材料15
• 2.2.2 样品的制备15-17
• 2.2.3 氧化镍电极材料的结构和电化学性能的测试17-18
• 2.3 氧化镍电极材料的结构表征及结果分析18-21
• 2.3.1 扫描电镜(SEM)和 X-射线粉末衍射(XRD)测试结果分析18-21
• 2.4 影响因素的讨论21-24
• 2.4.1 烧结温度的影响21-22
• 2.4.2 烧结时间的影响22
• 2.4.3 水热时间的影响22-23
• 2.4.4 水热温度的影响23-24
• 2.5 氧化镍电极材料的电化学性能结果分析24-25
• 2.5.1 电化学测试结果分析24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 一步法原位合成 NiO 电极材料及其性能的研究26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 实验部分26-27
• 3.2.1 试剂与材料26
• 3.2.2 样品的制备26-27
• 3.2.3 氧化镍电极材料的结构和电化学性能测试27
• 3.3 氧化镍电极材料的结构表征结果分析27-29
• 3.3.1 扫描电镜(SEM)和 X-射线粉末衍射(XRD)测试结果分析27-29
• 3.4 氧化镍电极材料的电化学性能结果分析29-35
• 3.5 本章小结35-37
• 第四章 电化学分解法合成 NiO 电极材料及其性能的研究37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 实验部分37-38
• 4.2.1 试剂与材料37
• 4.2.2 样品的制备37-38
• 4.3 氧化镍电极材料的结构表征结果分析38-39
• 4.3.1 扫描电镜(SEM)和 X-射线粉末衍射(XRD)测试结果分析38-39
• 4.4 氧化镍电极材料的电化学性能39-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 水热法合成 SnO_2/NiO 及其电化学性能的研究49-61
• 5.1 引言49
• 5.2 实验部分49-50
• 5.2.1 试剂与材料49
• 5.2.2 样品的制备49-50
• 5.3 SnO_2/NiO 电极材料的结构表征结果分析50-52
• 5.3.1 扫描电镜(SEM)测试结果分析50
• 5.3.2 X-射线衍射(XRD)测试结果分析50-51
• 5.3.3 电镜-能谱微区分析法测试结果分析51-52
• 5.4 二氧化锡/氧化镍复合材料的电化学性能讨论52-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第六章 原位合成PANI/NiO 电极材料及电化学性能的研究61-88
• 6.1 引言61
• 6.2 实验部分61-62
• 6.2.1 试剂与材料61
• 6.2.2 样品的制备61-62
• 6.3 聚苯胺/氧化镍复合电极材料的结构表征结果分析62-64
• 6.3.1 扫描电镜(SEM)和 X-射线粉末衍射(XRD)测试结果分析62-64
• 6.4 聚苯胺/氧化镍电极材料的电化学性能结果分析与讨论64-87
• 6.4.1 酸的种类与 pH 的影响64-80
• 6.4.2 水热时间的影响80-82
• 6.4.3 水热温度的影响82-84
• 6.4.4 聚合时间的影响84-87
• 6.5 本章小结87-88
• 结论88-90
• 参考文献90-98
• 硕士期间成果98-99
• 后记和致谢99

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