纳米多孔结构镍基复合膜电极的电化学法制备及其赝电容性能

发布时间：2019-08-12 18:56

【摘要】：电化学电容器是一种新型的储能器件,由于具有功率密度高、电化学可逆性好和循环寿命长等优点,近年来已成为电化学领域的研究热点之一。电极材料是影响电化学电容器性能的关键因素之一。镍的氧化物/氢氧化物价格低廉、电化学性能优良而受到广泛关注。本论文采用电化学方法制备了镍基复合膜电极,并考察了其赝电容性能。通过对电沉积法得到的Ni-Cu合金镀层中的铜进行选择性阳极溶解,获得了多孔镍膜。以多孔镍膜为基体,采用阴极电沉积法制备了纳米多孔结构的氢氧化镍膜电极。所制备的氢氧化镍膜电极在2、5和10 A·g-1的电流密度下分别给出了1634、1563和1512 F·g-1的比电容值。纳米多孔结构的金属镍基体改进了氢氧化镍膜电极在1 mol-L"1 KOH溶液中的电化学循环稳定性。氢氧化镍膜电极所具有的高比电容、良好的大电流放电能力及优异的电化学循环稳定性表明其在电化学电容器领域极具应用潜力。通过对电沉积法得到的Ni-Cu合金镀层进行电化学去合金化处理,制备了纳米多孔结构金属镍膜,采用循环伏安法对多孔金属镍膜在1 mol·L-1的KOH溶液中进行阳极氧化处理,获得了纳米多孔结构的镍基复合膜电极；通过在300℃的温度下对镍基复合膜电极进行热处理,得到了NiO/Ni膜电极。应用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射分析(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)和不同的电化学技术对所制备的膜电极的物理性质及赝电容特性进行了表征。SEM、XRD和XPS的测试结果表明,所制备的纳米多孔结构复合膜由Ni、Ni(OH)2和NiOOH组成。电化学实验结果显示,电镀液的组成和制备的复合膜电极的质量对其电容性能有较大的影响。在优化条件下所得纳米多孔结构镍基复合膜在20A·g-1的充放电电流密度下,给出了578 F·g-1的初始比电容；在1000次充放电循环后,它的比电容值为544 F·g-1,电容保持率为94%。循环伏安的结果显示,NiO-Ni膜电极在2和10 A·g-1的电流密度下的比电容值分别为498和398 F·g-1。研究也发现NiO-Ni膜电极具有优异的电化学循环稳定性。
【图文】：

形貌,氢氧化镍,电极制备,镍铜合金

在于柱状颗粒的中心，而富镍相则位于富铜相的四周。在0.5V的阳极电位下，，铜核发生阳极溶解，而镍壳因钝化得以保留，于是形成了多孔镍膜【”，’2]，孔径大小为80一 250nm。图3.2(c)为多孔镍沉积氢氧化镍后的形貌，多孔镍的孔径明显减小，表明氢氧化镍沿着孔壁生长，形成Ni(oH)2一Ni包覆型结构。图3.3显示的是电极制备过程中的XRD谱图。图33(a)中出现Ni和Cu的(川)、(200)和(220)晶面 (pDFNo.04一0850，No.04一0836)，形成非同质Ni相和Cu相〔”]。图3.3(b)中，20为43.50、50.60和74.50的eu的特征衍射峰消失，表明在合金一去合金化形成多孔镍过程中铜基本溶解。Ze为44.50的尖锐的衍射峰为Ni的(ln)晶面。在多孔镍上沉积氢氧化镍后，图3.3(c)中20=340为a一Ni(0H):的特征峰 (pDFNo.38一0715)

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第三章多孔镍基体上沉积Ni(OH)2及其电容性能图3.4为Ni(oH)2一Ni电极与多孔镍基体在10mv·s一，下的循环伏知，在0.44v和0.23v一对较强的氧化还原峰对应着Ni2+和N反应方程式砂4，15]:Ni(OH)2+OH一++NiooH+HZo+e一中可以看出，Ni(OH)2一Ni电极比容量主要来源于Ni(OH)2在多孔还原反应，多孔镍的贡献比较小，其氧化还原峰是由于在循环伏面发生氧化所致。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM53

【参考文献】