【摘 要】
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随着自动化、信息化、智能化的发展,人们对能源的需求越来越大。要从根本上解决能源供给与人类需求的矛盾问题就必须把创建清洁低碳、安全、高效、绿色的能源体系作为发展目标。在储能领域,超级电容器具有高功率密度、长循环寿命、高充放电速率、环保等优势,成为能源转换和存储的关键器件。超级电容器电极材料在储能中有决定性作用。本文以钴酸镍纳米线薄膜为主要研究对象,通过掺杂、异相复合等策略,研制新型复合电极材料,并分
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随着自动化、信息化、智能化的发展,人们对能源的需求越来越大。要从根本上解决能源供给与人类需求的矛盾问题就必须把创建清洁低碳、安全、高效、绿色的能源体系作为发展目标。在储能领域,超级电容器具有高功率密度、长循环寿命、高充放电速率、环保等优势,成为能源转换和存储的关键器件。超级电容器电极材料在储能中有决定性作用。本文以钴酸镍纳米线薄膜为主要研究对象,通过掺杂、异相复合等策略,研制新型复合电极材料,并分析微观结构与电化学储能特性之间的关系。主要内容如下:1.氟掺杂NiCo2O4/NF电极材料的制备、结构与性能研究利用镍、钴的硝酸盐、尿素为原料,NH4F为形貌控制剂,以泡沫镍为基底,经过水热法一步合成Ni-Co LDHs,再通过煅烧法形成NiCo2O4/NF纳米线薄膜。通过改变Ni2+/F-摩尔比,探讨了NH4F量对复合物形貌以及相应样品的电化学性能的影响。测试结果说明,当Ni2+/F-摩尔比为1:3时制备的NiCo2O4复合材料形貌结构为链状六方晶体。在电化学测试中,电流密度为1 A/g下比容量为1226F/g,远高于NiCo2O4材料的比电容653 F/g。当Ni2+/F-摩尔比为1:6时制备的NiCo2O4复合材料形貌呈现出由纳米片相互交错的链状六方晶体。在电化学测试中,电流密度为1 A/g下比容量为278 F/g。另外,在20 A/g电流密度下经过5000次循环后,Ni2+/F-摩尔比为1:3的NiCo2O4复合材料的电容保持率仍为98%。这些电化学性能的提高是因为NH4F对NiCo2O4纳米线薄膜的形貌控制作用,增大电极与电解液间的接触面积,增加电化学活性位点,改善材料电化学性能。研究表明,NiCo2O4材料与非金属离子掺杂能够提高材料的电化学性能,在开发高效超级电容器方面有很大的应用潜力。2.NiCo2O4@Ni-Fe LDHs复合电极材料的制备、结构与性能研究首先通过水热法和煅烧法制备以泡沫镍为基底的NiCo2O4/NF纳米线薄膜。之后,以硝酸镍和硝酸铁为Ni源和Fe源,通过电化学沉积法将Ni-Fe LDHs沉积到NiCo2O4纳米线薄膜上。通过调控镍/铁摩尔比和电沉积时间制备最佳NiCo2O4@Ni-Fe LDHs复合材料。测试结果说明,当镍/铁摩尔比为1:2,电沉积时间为10 s时制备的NiCo2O4@Ni-Fe LDHs有良好的电化学性能,其形貌是由纳米线包裹形成纳米球结构。在电化学测试中,在1 A/g电流密度下比电容为904 F/g,远高于NiCo2O4电极材料的653 F/g。在循环寿命测试中,在20 A/g电流密度下经过5000次循环后,电容保持率为99.99%。这些电化学性能的提高是因为Ni-Fe LDHs的复合增加了NiCo2O4材料的比表面积,有效地缩短了电荷传输和离子扩散途径,使NiCo2O4@Ni-Fe LDHs复合电极材料能充分与电解液接触扩大反应面积,从而获得优异的电化学性能。研究表明,Ni-Fe LDHs对于NiCo2O4的电化学性能有明显的提升,在储能领域具有应用前景。
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