NiCo_2O_4纳米多孔薄膜的可控制备及超电容性能

【摘要】随着科学技术的不断发展,目前各个领域都对储能装置有了新的要求,要求研究者们去开发出无污染的具有高功率和高能量密度等优点的能量储存器件。其中,超级电容器是目前最受关注的储能装置之一。超级电容器因具备较大功率密度、优异循环性能及瞬间充放电等优点而倍受研究者关注。然而,一般来说,要使超级电容器得到持续的发展及应用,还需要进一步提高其能量密度和功率密度。本文的宗旨即是通过纳米多孔阵列化和复合化设计加快电极反应动力学来提高薄膜的超电容性能。本文采用水热法、化学浴沉积法等单一或相互结合的方法成功地在泡沫镍基底上制备了纳米多孔NiCo2O4片-线结构阵列薄膜及NiCo2O4/NiCo2O4片-片核壳复合纳米片阵列薄膜并研究了其超电容性能。通过一步水热法在泡沫镍基底上制备了纳米多孔NiCo2O4片-线结构阵列薄膜。其形貌随反应进行而改变。水热反应8小时后,制备的样品呈现纳米多孔NiCo2O4片-线结构。该片-线结构阵列的形成与反应过程中溶液中颗粒的溶度积有关。测试结果表明,NiCo2O4片-线结构阵列薄膜具有优异的电化学性能。活化前,在1Ag-1和40Ag-1的电流密度下的放电比容量分别为891Fg-1和619Fg-1。活化后,该电极在2Ag-1的电流密度下的放电比容量可达1089Fg-1,8000周期后其放电比电容为1058Fg-1,仍有97.2%的容量保持率。片-线结构的阵列能有效增大极片表面积,提供快离子电子通道,更好的保持结构稳定并最终提高循环性能和倍率性。通过水热合成法和化学浴沉积法两步结合制备了NiCo2O4/NiCo2O4片-片核壳复合纳米片阵列。这种具有等级多孔的核壳结构是由纳米片支撑核和多晶纳米片外壳两部分组成的。与单一NiCo2O4阵列比较,NiCo2O4/NiCo2O4片-片核壳复合纳米片阵列具有高比容量和优异的倍率性,在5mAcm-2电流密度下,其面积比电容达2.20Fcm-2。循环4000周期后其放电面积比电容为2.17Fcm-2,仍有98.6%的容量保持率。该核壳材料的协同效应如结合力强化、提高活性面积等促进了超电容性能的提高,尤其是利于大电流放电和循环寿命的提高。
【作者】刘霞园；
【导师】涂江平；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】超级电容器；纳米多孔薄膜；钴酸镍；异质结构；核壳结构；

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