电化学沉积制备镍钴基复合材料及其超级电容器性能研究

发布时间：2017-12-16 03:21

  本文关键词：电化学沉积制备镍钴基复合材料及其超级电容器性能研究

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【摘要】：超级电容器因为超高的功率密度,快速充放电能力以及良好的循环稳定性受到了越来越多研究者的青睐。然而,相对较低的能量密度限制了超级电容器在实际中的应用。目前,常通过选择具有较高电容性能的活性材料或者组装不对称器件扩大工作电位等方法来提高超级电容器的能量密度。镍钴双金属化合物理论比电容普遍较高,且来源广、成本低,具有非常好的应用前景,然而在较大的扫描速率下的倍率性能和稳定性较差。石墨烯由于导电性好,比表面积大且可多次循环使用,和金属化合物复合后可以减弱充放电过程中体积变化或者粒子聚集,提高金属化合物的循环稳定性和速率性能。此外,将二者复合得到的三维多孔结构有助于复合材料的离子传输速率和电子转移速率的提高,进一步增强了整体电化学性能。本文通过水热和电沉积的方法,将镍钴双金属材料与石墨烯进行复合,得到了三维多孔结构的复合材料,并制备了不对称器件,系统的表征和测试了其结构、形貌和电化学性能。具体工作如下:1.以三维连续多孔泡沫镍为集流体和导电基底,通过水热法在泡沫镍上沉积RGO,然后电沉积负载镍钴氧化物,制备了NCG复合电极材料。(1)通过改变电沉积时间得到了NCG30,NCG50,NCG70三种复合材料。其中,NCG50呈现有序花瓣状多孔结构且电化学性能最好,在电流密度为1mA/cm2,沉积时间为50 min时,比电容高达2856 mF/cm2。(2)在(1)沉积时间为50 min条件下,改变镍钴摩尔比例,制备了不同镍钴摩尔比的NCG复合材料。从SEM中可以看出,镍钴摩尔比的不同对NCG复合材料的结构影响较大。NCG2呈现三维有序多孔结构且电化学性能最为优异,即当电流密度为1mA/cm2,镍钴摩尔比为2:8的复合电极材料比电容高达3172mF/cm2。在连续循环充放电5000次后,电容保持率仍为初始值的92%。(3)以NCG2作为正极材料,RGO作为负极材料组装了NCG2//RGO不对称器件,能量密度最大可达50 Wh/kg,功率密度最大可达5.6 kW/kg。与此同时,电位窗增加到了1.4V,在进行快速的充电处理后,可以持续点亮LED近5min,具有潜在的实际应用价值。2.直接通过两步电沉积法在泡沫镍上连续负载RGO和镍钴硫化物制备复合材料(NCS/G),结果如下:NCS/G复合材料呈现花瓣状多孔结构且在电流密度为50 mA/cm2时,电容值仍高达5540mF/cm2,与初始值相比,仅仅损失了19%,远远低于NS/G(30%)和CS/G(32%)的电容损失率;此外,NCS/G的循环稳定性较好,在5mA/cm2电流密度下连续循环充放电3000次后,比电容为5347mF/cm2,保持率为初始电容的91%。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB33;TM53

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