超级电容器电极材料的制备方法研究

论文题目: 超级电容器电极材料的制备方法研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 应用化学

作者: 柏云杉

导师: 姚成,杨春生

关键词: 超级电容器,氧化镍,电极材料,制备技术

文献来源: 南京工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 电化学超级电容器是一种介于蓄电池和常规电容器之间的新型储能设备及器件，它具有比常规电容器更大的比能量，比蓄电池更大的比功率和循环使用寿命。利用超级电容器和电池组成混合动力系统，能够很好地满足电动汽车启动、加速等高功率密度输出场合的需要。它可以应用于很多领域，如：混合电动汽车、燃料电池、移动电话、微机等。根据储能原理，超级电容器可以分为双电层电容器和法拉第赝电容器，电极材料主要包括碳材料、金属氧化物和导电聚合物等。 采用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗、X射线衍射、扫描电镜、差热等测试手段对超级电容器的电极材料的制备、电解质溶液的选取等问题展开了一系列较系统的研究。 采用溶胶-凝胶法制备了粉末NiO电极材料，用X-射线衍射（XRD）和充、放电容量测量法对NiO制备、赝电容形成机理和电解液作用进行了初步的理论探讨。NiO贮存电荷形成赝电容的氧化还原反应为：NiO+OH-→NiOOH+e-；NiO电容实际存在的电压范围在0～0.5V。电解液中Li+比K+更具反应性，有利于NiO形成赝电容。LiOH和KOH混合电解液适合于NiO赝电容的形成。Li+帮助NiO形成赝电容，K+提高导电性。粉末NiO电容由赝电容、双电层电容和空间电荷电容组成，但主要是赝电容。酒石酸和Ni（NO3）2·6H2O在摩尔比为1：1、煅烧温度为300℃得到的NiO材料比电容最大，其实际电容约为25F／g。 应用电化学阴极沉积法在泡沫Ni基片上制得Ni（OH）2膜，经热处理得到NiO膜。研究了热处理温度、钴掺杂对NiO膜电极赝电容性能的影响。结果发现：在250～450℃，随着热处理温度的升高，NiO膜电极比电容量逐渐减小。钴掺杂使比电容量显著增大，增加了体相晶体缺陷，扩大了赝电容形成区域，提高了比电容量。 采用电解制备羟基氧化镍，以强碱溶液为电解液，在电解槽中发生阳极氧化反应制备羟基氧化镍的方法，克服了化学氧化法制备羟基氧化镍的缺点，而且电解液和阴阳极可以多次重复使用，是一种制备纯净的高氧化度的羟基氧化镍而低

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 超级电容器的研究意义

1.2 超级电容器基本原理

1.2.1 单电极的双电层电容

1.2.2 电化学电容器的比能量

1.3 电化学电容器的组成

1.3.1 电化学电容器对电极材料的要求

1.3.2 碳电极材料

1.3.3 金属化合物电极材料

1.3.4 导电聚合物材料

1.3.5 电解质溶液

1.3.6 隔膜

1.3.7 集流体

1.4 超级电容器

1.4.1 超级电容器电极的制备

1.4.2 商品化超级电容器

1.5 超级电容器的应用

1.6 参考文献

第二章 理论基础和实验方法

2.1 法拉第赝电容器的工作原理

2.1.1 “赝电容”概念与特点

2.1.2 电化学赝电容器的种类

2.1.3 氧化镍赝电容

2.2 羟基氧化镍的结构和性质

2.2.1 氢氧化镍和羟基氧化镍的结构

2.2.2 氢氧化镍的结构与性能的关系

2.2.3 各种晶型Ni(OH)_2和NiOOH之间的转化及其性质

2.3 实验方法

2.3.1 氧化镍制法的工艺研究

2.3.2 氧化镍制备工艺选择

2.3.3 氧化镍电极的制备方法

2.4 实验测试方法

2.4.1 循环伏安实验

2.4.2 恒电流充放电实验

2.4.3 交流阻抗实验

2.5 参考文献

第三章 溶胶-凝胶法制备氧化镍电极材料

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 NiOx的制备

3.2.2 NiOx电极材料X-射线衍射(XRD)实验

3.2.3 NiOx电容性能测量

3.3 结果与讨论

3.3.1 XRD分析

3.3.2 NiO电容性能分析

3.4 本章小结

3.5 参考文献

第四章 电化学沉积法制备氧化镍电极材料

4.1 氧化镍制备的实验

4.1.1 实验仪器及药品

4.1.2 电化学沉积系统

4.1.3 电化学沉积系统工艺

4.2 结果与讨论

4.2.1 电化学沉积工艺条件

4.2.2 热处理温度对赝电容性能的影响

4.2.3 NiO中掺Co对赝电容性能的影响

4.3 本章小结

4.4 参考文献

第五章 电解法制备羟基氧化镍电极材料

5.1 电解实验部分

5.1.1 实验仪器及药品

5.1.2 实验工艺研究

5.1.3 工艺条件

5.1.4 NiOOH粉末物性的测定

5.2 结果与讨论

5.2.1 试验装置的结构对NiOOH氧化度的影响

5.2.2 固液比对NiOOH氧化度的影响

5.2.3 不同电解质体系对NiOOH氧化度的影响

5.2.4 电流密度对NiOOH氧化度的影响

5.2.5 氢氧化镍种类对NiOOH氧化度的影响

5.2.6 NiOOH状态(干态或湿态)对氧化度的影响

5.2.7 NiOOH氧化度变化对比表面积的影响

5.3 从其它方面分析电解制备的NiOOH的结构特征

5.3.1 从粉末XRD谱分析NiOOH的成分

5.3.2 从SEM照片来分析NiOOH状态变化

5.4 NiOOH电极的充放电特性的研究

5.5 羟基氧化镍/KOH/羟基氧化镍超电容器的阻抗特性的研究

5.6 本章小结

5.7 参考文献

第六章 总结与展望

攻读硕士学位期间的成果

致谢

发布时间: 2007-03-23

参考文献

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