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非晶纳米材料由于其具有小尺寸和表面效应,且无序性强,含有很多配位不饱和原子,表现出许多物理与化学特殊性质,并与电化学活性密切相关,因此,研究开发非晶纳米材料作为电极活性材料具有的重要理论意义和广泛开发应用价值。
本文从非晶态纳米材料的角度出发,通过快速冷冻沉淀法成功制备出了非晶纳米氢氧化镍和其掺杂样品材料,并研究了其制备的行为规律,同时采用XRD、SEM、TEM、IR、Raman、TG-DTG等测试方法,研究了所制备的样品粉体材料的微结构、形态特征及物理特性,并以所制备的非晶纳米Ni(OH)<,2>样品粉体合成镍正极材料,组装成碱性MH-Ni模拟电池,利用电池性能综合测试仪以及电化学工作站测试其电化学性能,详细研究了非晶纳米Ni(OH)<,2>的制备工艺条件及对其微结构与电化学性能的影响和作用机理。
实验结果表明:非晶纳米Ni(OH)<,2>的制备体系的pH值、反应温度和搅拌反应时间等工艺条件对其微结构与性能有重要影响,当反应体系条件控制在pH值为11-12,反应温度为55℃,表面活性剂为Tween80时,制得的样品粉体为非品念,颗粒近似球形,粒度分布均匀,尺寸在50-70nm之间,比表面积为76.209 m<'2>.g<'1>,样品材料中含有一定量的水分子,具有较多的结构缺陷,无序性强,热分解温度较低为286.4℃。
充放电测试结果发现,与β-Ni(OH)<,2>相比,非晶纳米Ni(OH)<,2>放电时间长,放电电压平台高达1.258v,活性物质利用率高,质量电化学容最大,达到349.85mAhg<'-1>,同.具有较好的循环性能,20次充放电循环后其容量衰减仅为2.88%;交流阻抗测试结果发现,非晶纳米Ni(OH)<,2>具有较小的电荷转移电阻和较大的扩散系数。
用该方法分别掺杂Ba<'2+>、Ca<'2+>和Cu<'2+>等离子制备的非晶纳米Ni(OH)<,2>样品,发现掺杂之后样品结构并未发生变化,仍为非晶相,形貌趋向不规则,颗粒粒度变小,结构缺陷和比表面积增大,其分别适量掺杂(2%Ba<'2+>、5%Ca<'2+>和5%Cu<'2+>)能明显增强其在电极充放电过程中的电化学反应活化速率和材料的结构稳定性,抑制非晶纳米氢氧化镍电极的析氧反应,提高电极的充电效率和活性物质的利用率、放电比容量和放电电压平台。
通过对分别掺杂制备的非品纳米氢氧化镍电极充放电后的XRD测试,充电结束后样品的非晶念结构没有改变,发现适量的Ba<'2+>、Ca<'2+>和Cu<'2+>的掺杂,能有效抑制在电极反应中的析晶行为,电极结构的稳定性较好。