鎳基納米材料-復合材料的制備及其超級電容器性能研究.pdf

1、超級電容器是介于普通電容器和電池之間的一種新型的能源儲存設備，具有高的比功率、比能量、大電流充放電能力和長的循環(huán)穩(wěn)定性，在交通運輸、能源存儲、航空航天領域都有重要的應用。電極材料是決定超級電容器性能表現(xiàn)的重要組成部分。作為鎳基金屬氧化物電極材料，NiO和 NiCo2O4具有豐富的來源和較高的理論比電容，近年來引起了人們的廣泛關注，但是低的導電率和實際比電容限制了它們的應用。通常認為電極材料的微觀結構形貌、電子導電率和材料的多孔性是影響其

2、超級電容器性能的重要因素。鑒于電極材料較差的電子導電率，設計合成分層多孔的納米結構和將電極材料與其它導電性好的材料復合對于提高導電性都是可行的方法。此外，通過調(diào)節(jié)電極材料的合成參數(shù)可以實現(xiàn)材料的形貌控制進而改善和提高其電化學性能。因此研究電極材料的形貌控制以及對其電化學性能的影響對超級電容器的性能改善以及其它電極材料的設計具有重要的意義。本課題選擇NiO和NiCo2O4兩種鎳基金屬氧化物電極材料為研究對象從形貌結構、復合和基底三個方面來

3、改善其超級電容器性能并為其它電極材料的研究提供參考。另外，還研究了 NiCo2O4的形貌控制以及它們相應的電化學性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用水熱法成功制備了分層多孔結構的海膽狀NiO納米材料，這種海膽狀NiO作為電極材料應用于超級電容器表現(xiàn)出較高的比電容和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。⑵采用一步的水熱法制備了Ag2O修飾的花球狀Ag2O/NiO納米復合材料，提高了電極材料的導電率。另外這種獨特的花球狀分層多孔結構具有大的比表面積（1

4、65.4m2g-1），有利于電解液和電極材料的充分接觸，使得Ag2O/NiO電極在1Ag-1的電流密度下比電容達556Fg-1，在5Ag-1的電流密度下經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后比電容為初始的103％。⑶通過簡單的溶劑熱法和水熱法制備了一種由Ni微球為核，NiCo2O4納米片為殼的Ni@NiCo2O4核殼結構納米復合材料。其中Ni核可促進電子傳輸，NiCo2O4納米片作為活性材料具有大的比表面積和多的反應活性位點，電化學測試中表現(xiàn)出了高

5、的比電容（1Ag-1時比電容為597Fg-1）、好的倍率性能和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。⑷在水熱法的基礎上通過調(diào)控堿源（尿素和HMTA）和NH4F的量合成了四種不同形貌的NiCo2O4納米材料（銀耳狀的NiCo2O4、花狀的NiCo2O4、海膽狀的NiCo2O4和松針狀的NiCo2O4）。添加泡沫鎳為基底，在相同的條件下合成了四種不同的泡沫鎳承載NiCo2O4納米陣列結構。實驗結果表明堿源和NH4F對NiCo2O4的形貌結構具有關鍵性的影響，其