电沉积制备Ni(OH)2正极材料及其在超级电容器中的应用

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10nm。掺杂后电极的放电容量得到了提高。

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第1章 绪论

1.1 超级电容器简介

1.2 氢氧化镍电极活性材料

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

2.2 纳米氢氧化镍材料的制备方法

2.3 电极制备工艺及超级电容器组装方法

2.4 氢氧化镍材料的结构表征方法

2.5 电化学性能测试方法

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

3.1 浓度对Ni(OH)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

3.3 温度对Ni(OH)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

3.5 电沉积Ni(OH)2活性材料正交实验研究

3.6 Ni(OH)2组织结构的分析

3.7 本章小结

第4章 掺杂对Ni(OH)2电极活性材料超电容特性的影响

4.1 La掺杂Ni(OH)2活性材料的制备及超电容特性

4.2 不同掺杂元素对Ni(OH)2超电容特性的影响

4.3 不同掺杂元素对性能影响结果分析

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

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