论文摘要
随着世界性能源危机和环境污染的不断加剧,人们对节能环保的要求越来越高。超级电容器由于兼具传统静电电容器的高功率密度和二次电池的高能量密度的优点,成为新型化学电源研究的热点。然而,超级电容器的性能表现、制造成本及使用寿命在很大程度上取决于电极材料的结构和性能。因此,在超级电容器的研究中,许多工作都是围绕着开发具有高性能且廉价环保的电极材料而进行的。本论文综述了当前超级电容器电极材料的最新研究进展,尤其是对Ni（OH）2电极材料在超级电容器中的应用做了重点论述,并通过对电极的优化、改性实现了Ni（OH）2电极电化学性能的显著提高,主要内容如下：1.采用直流电沉积技术,制备了三维Ni（OH）2电极,并且系统地研究了电沉积温度对Ni（OH）2电极的晶体结构、表面形貌、比表面积和电化学特性的影响。结果表明：电沉积温度对三维Ni（OH）2电极的微结构、表面形貌和电化学性能都产生了很大的影响。当沉积温度为65℃时,电极在4 A g-1的电流密度下,电极的比容量高达3357 F g-。与AC组装,Ni（OH）2/AC非对称超级电容器在功率密度为387.5 W kg-1时得到高达37.14 Wh kg-1的能量密度,表明在65℃水浴条件下所制备的三维Ni（OH）2是一种很好的超级电容器电极材料。2.利用共沉积的方法,制备了Ni和Co含量不同的三维Ni-Co双氢氧化物电极。深入地研究了Co/Ni摩尔比例对Ni-Co双氢氧化物电极的晶体结构、表面形貌和电化学性能的影响。结果显示：在不同的Co/Ni摩尔比例下,制备得到的三维Ni-Co双氢氧化物电极的晶体结构、表面形貌、电化学性能随着Co/Ni摩尔比例的增加均发生了显著的变化。同时以制备得到的NiCoOH2样品为正极,AC为负极,2 M的KOH为电解液,组装了非对称超级电容器,并测试了其电化学性能。NiCoOH2/AC非对称超级电容器在功率密度为71 W kg-1时得到高达53.98Wh kg-1的能量密度。3.在上一部分工作的基础上,对双氢氧化物电极以1℃min-1的升降温速度在300℃退火2h,得到NixCo1-χ氧化物。同样地,在不同的Co/Ni摩尔比例下,三维NixCo1-χ氧化物的结构、表面形貌、电化学性能的变化规律与相应的双氢氧化物的变化趋势基本一致,但是在同样的Co/Ni摩尔比例下,退火后电极的稳定性和倍率特性都有了较大的提升,尤其是Ni0.61CO0.39氧化物在2Ag-1的比容量高达1523.0 Fg-1,并且当电流密度增大到30Ag-1时,比容量保持率高达95.30%,而对应的Ni-Co双氢氧化物的比容量保持率仅为61.61%。同时,以制备得到的Ni0.61Co0.39氧化物为正极,AC为负极,组装了非对称超级电容器,并测试了其电化学性能。Ni0.61C00.39氧化物/AC非对称超级电容器在功率密度为142 W kg-1时获得高达36.46 Wh kg"1的能量密度,显示了巨大的实际应用价值。
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中文摘要Abstract第一章 绪论1.1 引言1.2 超级电容器概述1.2.1 超级电容器的特性1.2.2 超级电容器的基本组成1.2.3 超级电容器的结构形式1.2.4 超级电容器的国内外发展概况1.2.5 超级电容器的基本原理1.2.6 超级电容器的电极材料2电极材料概述'>1.3 Ni（OH）2电极材料概述2的晶体结构'>1.3.1 Ni（OH）2的晶体结构2的改性研究'>1.3.2 Ni（OH）2的改性研究1.4 选题思路及研究目的参考文献2电极电化学性能的影响'>第二章 沉积温度对三维Ni（OH）2电极电化学性能的影响2.1 引言2.2 实验部分2.2.1 原料2.2.2 泡沫镍的预处理2电极的制备'>2.2.3 三维Ni（OH）2电极的制备2电极的晶体结构、表面形貌与比表面积表征'>2.2.4 三维Ni（OH）2电极的晶体结构、表面形貌与比表面积表征2电极的电化学性能测试'>2.2.5 三维Ni（OH）2电极的电化学性能测试2/AC非对称电容器的组装'>2.2.6 三维Ni（OH）2/AC非对称电容器的组装2/AC非对称电容器的电化学性能测试'>2.2.7 三维Ni（OH）2/AC非对称电容器的电化学性能测试2.3 结果与讨论2.3.1 泡沫镍表面形貌分析2电极的晶体结构分析'>2.3.2 三维Ni（OH）2电极的晶体结构分析2电极的表面形貌分析'>2.3.3 三维Ni（OH）2电极的表面形貌分析2电极的比表面积分析'>2.3.4 三维Ni（OH）2电极的比表面积分析2电极的电化学性能测试'>2.3.5 三维Ni（OH）2电极的电化学性能测试2电极/AC非对称超级电容器的电化学性能测试'>2.3.6 三维Ni（OH）2电极/AC非对称超级电容器的电化学性能测试2.4 本章小结参考文献第三章 不同形貌三维Ni-Co双氢氧化物电极的制备与电化学性能研究3.1 引言3.2 实验部分3.2.1 原料3.2.2 泡沫镍的预处理3.2.3 三维Ni-Co双氢氧化物电极的制备3.2.4 三维Ni-Co双氢氧化物电极的元素分析、晶体结构与形貌表征3.2.5 三维Ni-Co双氢氧化物电极的电化学性能测试3.2.6 三维Ni-Co双氢氧化物/AC非对称电容器组装3.2.7 三维Ni-Co双氢氧化物/AC非对称电容器的电化学性能测试3.3 结果与讨论3.3.1 三维Ni-Co双氢氧化物电极的元素分析3.3.2 三维Ni-Co双氢氧化物电极的晶体结构分析3.3.3 三维Ni-Co双氢氧化物电极的形貌分析3.3.4 三维Ni-Co双氢氧化物电极的电化学性能研究3.3.5 三维Ni-Co双氢氧化物/AC非对称电容器的电化学性能研究3.4 本章小结参考文献xCo1-x氧化物电极的可控合成与电化学性能研究'>第四章 高倍率特性的三维NixCo1-x氧化物电极的可控合成与电化学性能研究4.1 引言4.2 实验部分4.2.1 原料4.2.2 泡沫镍的预处理xCo1-x氧化物电极的制备'>4.2.3 三维NixCo1-x氧化物电极的制备xCo1-x氧化物电极的元素分析、晶体结构与形貌表征'>4.2.4 三维NixCo1-x氧化物电极的元素分析、晶体结构与形貌表征xCo1-x氧化物电极的电化学性能测试'>4.2.5 三维NixCo1-x氧化物电极的电化学性能测试xCo1-x氧化物/AC的非对称电容器组装'>4.2.6 三维NixCo1-x氧化物/AC的非对称电容器组装xCo1-x氧化物/AC的非对称电容器的电化学性能测试'>4.2.7 三维NixCo1-x氧化物/AC的非对称电容器的电化学性能测试4.3 结果与讨论xCo1-x氧化物电极的元素分析'>4.3.1 三维NixCo1-x氧化物电极的元素分析xCo1-x氧化物电极的晶体结构分析'>4.3.2 三维NixCo1-x氧化物电极的晶体结构分析xCo1-x氧化物电极的形貌分析'>4.3.3 三维NixCo1-x氧化物电极的形貌分析xCo1-x氧化物电极的电化学性能研究'>4.3.4 三维NixCo1-x氧化物电极的电化学性能研究xCo1-x氧化物/AC非对称电容器的电化学性能研究'>4.3.5 三维NixCo1-x氧化物/AC非对称电容器的电化学性能研究4.4 本章小结参考文献第五章 结论与展望5.1 本论文主要结论5.2 研究展望附录 作者硕士期间发表论文目录致谢
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三维Ni（OH）2及其改性电极的制备与电化学性能研究
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