不同形貌NiCo_2O_4的可控合成及其超级电容器性能研究

【摘要】具有功率密度高、充放电速率快和循环寿命长的超级电容器,近年来成为化学储能领域的研究热点。具有赝电容行为的复合过渡金属氧化物NiCo2O4作为电极材料,具有理论比容高、电化学可逆性好和环境友好等特点,近年来引起了人们的广泛关注。本论文制备了一种导电基体直接负载N1Co2O4的整体式电极,此种新颖的电极结构不仅简化了电极的制备工艺,而且提高了活性物质的利用率,减小了电子、离子转移的内阻,因而表现出高的比容和良好的倍率性能与循环稳定性能。具体内容如下：1、采用溶剂热和随后的热处理的两步法在大比高面积、大孔隙率和良好电导率的碳纸(CFP)基体上成功生长出了超薄介孔MCo2O4纳米片。片与片之间形成了一种类似“墙壁”的结构,由于这种相互连接的超薄介孔MCo2O4纳米片结构有利于电解质离子的渗透、缩短了电子和离子的传输路径以及缓解了电化学反应过程中产生的应力,因而表现出了良好的电化学性能。电化学测试表明：NiCo204NSAs/CFP在1A·g-1的放电电流密度下的比容为1422Fg-1,20Ag-1的放电电流密度下的比容为999F·g-1,比容的保持率为70%。在10A·g-1的放电电流密度下经过3000次循环后,容量衰减为15.6%,循环测试后的SEM表明NiCo2O4纳米片的表面变粗糙了,但整体形貌并未发生显著变化,表现出良好的循环稳定性。2、通过实验条件的精心调节与控制,成功制备了碳纸负载的NiCo2O4纳米线和纳米片。实验发现,无论采用尿素或六次甲基四胺做沉淀剂,在120℃,反应12h时,当溶剂由水变为甲醇时,产物的形貌都由纳米线渐变为纳米片,即不同溶剂的物理化学性质对产物的最终形貌具有重要的诱导作用。进一步实验表明,溶剂的这种诱导作用与溶剂的介电常数具有直接关系,当采用介电常数较大的水做溶剂时,由于其较大的溶解能力,进而能溶解前驱体形成新的核子,导致随着时间的延长,纳米片渐变为纳米线；采用介电常数较小的甲醇做溶剂时,其较小的溶解能力导致不会形成新的核子,溶解-再结晶机理难以发生,进而纳米片随着时间的延长能够稳定存在。3、碳纸负载的N1Co2O4纳米线和纳米片的电化学测试表明：碳纸负载的N1Co2O4纳米片具有比纳米线更高的比容、更好的倍率性能与循环稳定性能。BET、SEM、TEM和EIS等多种表征手段证明产生这种差别的原因可解释为：(1)纳米片具有比纳米线更大的比表面积(纳米片为231m2·g-1,纳米线为97m2·g-1),因而纳米片能够提供更多的电活性位点来促进电化学反应,(2)纳米片的厚度比纳米线的直径更小,具有更短的传输距离,因而纳米片更有利于电子、离子的转移,(3)纳米片能够在两维方向上释放电化学过程中产生的应力,因而具有更好的电化学循环稳定性。4、为了进一步提高电极的电化学性能,我们构筑了NiCo2O4@MnO2和NiCo2O4@ppy两种不同的核-壳结构(需要进一步用XRD、拉曼、元素分析确认)。NiCo2O4@MnO2电化学性能相比单纯的NiCo2O4有一定程度的提高,但提高的并不是很明显。NiCo204@ppy的电化学性能测试显示其仅在第一圈有非常好的电化学性能，因而为了使PPY在碱性条件下能稳定存在,我们试图在表面再包覆一层MnO2,最终构筑成NiCo2O4@ppy的核-壳结构
【作者】邓芳泽；
【导师】余林；
【作者基本信息】广东工业大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】钴酸镍；碳纸；纳米片；纳米线；超级电容器；

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