电沉积制备Ni（OH）2正极材料及其在超级电容器中的应用

论文摘要

超级电容器是一种具有显著优点的新型能源存储器件,电极材料是影响其性能的重要因素,氢氧化镍则是其中一种极具发展潜力的电极材料。本论文采用电沉积法制备氢氧化镍,并向氢氧化镍中掺杂钴、铁及稀土元素镧和铈,希望得到比表面积大、电化学性能好、比容量高的氢氧化镍电极材料。采用正交实验、单因素实验和对比分析实验等方法,研究了电沉积法中工艺参数对氢氧化镍电化学性能的影响。采用扫描电镜、X射线衍射等实验手段分析氢氧化镍的组织结构和显微形貌,采用循环伏安、恒流充放电等测试方法分析氢氧化镍的电化学性能。实验得出电沉积法制备氢氧化镍的最佳工艺参数为:CNi（NO3）2=0.5 mol·L-1,t=2 h,i=10 mA·cm-2,反应温度为30℃,乙醇水溶液的体积比为1:1。所制备的氢氧化镍颗粒较小,比表面积大,电容特性较好,循环稳定性高,比电容C=550 F·g-1（Id=5 mA）。通过对氢氧化镍XRD图谱的分析,得出氢氧化镍的结构为β-Ni（OH）2。我们还研究了在电沉积工艺中掺杂其它元素对β-Ni（OH）2超电容特性的影响。向β-Ni（OH）2中掺杂稀土元素La后,电沉积过程中的极化度增大,有利于形成均匀细致的结晶,La以离子的形式嵌入氢氧化镍晶格中。掺杂La、Ce、Co、Fe后,氢氧化镍电极表现出较好的电容特性,虽然比容量随着放电电流的增大有所衰减,但仍表现出良好的超电容特性。通过XRD图谱的分析,根据谢乐公式计算出未掺杂和掺杂La、Ce、Co、Fe的β-Ni（OH）2分别对应的晶粒粒径为15、8、14、13和10 nm。掺杂后电极的放电容量得到了提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 超级电容器简介
• 1.1.1 超级电容器的储能机理与特点
• 1.1.2 超级电容器的应用领域
• 1.1.3 超级电容器电极材料的研究进展
• 1.1.4 超级电容器开发现状及趋势
• 1.2 氢氧化镍电极活性材料
• 1.2.1 氢氧化镍的晶体结构
• 2 电化学反应机理'>1.2.2 Ni（OH）₂电化学反应机理
• 2 材料的制备方法'>1.2.3 Ni（OH）₂材料的制备方法
• 1.3 论文的选题及研究内容
• 第2章 实验原理和实验方法
• 2.1 实验原料及设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 纳米氢氧化镍材料的制备方法
• 2.2.1 电沉积原理
• 2.2.2 电解液的配制
• 2.2.3 电极前处理
• 2.2.4 电沉积工艺
• 2.3 电极制备工艺及超级电容器组装方法
• 2.3.1 正极制备工艺
• 2.3.2 负极制备工艺
• 2.3.3 超级电容器组装方法
• 2.4 氢氧化镍材料的结构表征方法
• 2.4.1 差热-热重分析
• 2.4.2 X 射线衍射分析
• 2.4.3 表面形貌分析
• 2.5 电化学性能测试方法
• 2.5.1 循环伏安曲线评价电容性能
• 2.5.2 恒电流充放电法计算电容值
• 2电极活性材料超电容特性的影响'>第3章 电沉积工艺对Ni（OH）₂电极活性材料超电容特性的影响
• 2 活性材料的影响'>3.1 浓度对Ni（OH）₂活性材料的影响
• 2 活性材料的影响'>3.2 电流密度对Ni（OH）₂活性材料的影响
• 2 活性材料的影响'>3.3 温度对Ni（OH）₂活性材料的影响
• 2 活性材料的影响'>3.4 电沉积时间对Ni（OH）₂活性材料的影响
• 2 活性材料正交实验研究'>3.5 电沉积Ni（OH）₂活性材料正交实验研究
• 2 组织结构的分析'>3.6 Ni（OH）₂组织结构的分析
• 3.7 本章小结
• 2电极活性材料超电容特性的影响'>第4章 掺杂对Ni（OH）₂电极活性材料超电容特性的影响
• 2 活性材料的制备及超电容特性'>4.1 La 掺杂Ni（OH）₂活性材料的制备及超电容特性
• 2 活性材料的制备'>4.1.1 La 掺杂Ni（OH）₂活性材料的制备
• 4.1.2 性能测试与表征
• 2 超电容特性的影响'>4.2 不同掺杂元素对Ni（OH）₂超电容特性的影响
• 2 活性材料的制备'>4.2.1 Ce 掺杂Ni（OH）₂活性材料的制备
• 2 活性材料的制备'>4.2.2 Co 掺杂Ni（OH）₂活性材料的制备
• 2 活性材料的制备'>4.2.3 Fe 掺杂Ni（OH）₂活性材料的制备
• 4.3 不同掺杂元素对性能影响结果分析
• 4.3.1 掺杂元素对容量的影响
• 4.3.2 结构分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介