多层泡沫镍体系提高氢氧化镍纳米片电极的循环性能

摘要

化石能源危机问题的日益突出以及由于大量使用化石燃料带来的越来越严重的环境问题给人类带来了极大的困扰，开发利用清洁可再生能源成为人类实现可持续发展的必要任务。但是新能源的高效利用离不开性能优异的储能器件，作为储能器件的超级电容器由于其环境友好、功率密度高、循环寿命长、使用温度范围宽等优点成了国内外广大研究者们的新宠。而开发高性能的超级电容器储能器件离不开设计制备性能优异的材料以及对电极材料的合理组装。
　　以双电层电容为基础的碳材料超级电容器因其理论容量不高而发展受限，而过渡金属氢氧化物因其具有高的理论容量引发了研究者们的兴趣，其中氢氧化镍又以其廉价、无毒、环境友好等优点而备受青睐。然而，氢氧化镍属于半导体材料，较差的导电性导致了氢氧化镍电极材料较差的倍率性能和循环性能。
　　在本论文中，我们通过简单的水热合成方法制备了不同纳米尺寸的片状氢氧化镍电极材料。为了提升氢氧化镍电极材料的循环性能，我们改善了电极的制备方法，将传统的单层泡沫镍体系扩展为多层泡沫镍体系（实际为4层泡沫镍）。本文的主要内容如下：
　　1.以NiCl2·6H2O和NH4(CO3)2为原料，利用水热合成的方法制备出了Ni(HCO3)2，将所得到的Ni(HCO3)2浸泡在6 M的KOH溶液中得到了尺寸约为14.5 nm的氢氧化镍纳米片。分别采取传统单层泡沫镍体系和多层泡沫镍体系制备出两个电极（N1和N3），电化学结果证实在5 A g-1的电流密度下，N1和N3电极的容量分别为482.9和524.5 C g-1；经1000圈的循环过后，N1和N3电极的容量保持率分别为59.1％和83.8%。显然，多层泡沫镍体系大大提高了氢氧化镍纳米片电极的循环稳定性，并在此基础上提出了改良电极的工作机理，探究了其能提高电极材料循环性能的原因。
　　2.以NiCl2·6H2O和Na2CO3为原料，利用水热合成的方法制备出了尺寸约为150 nm的片状氢氧化镍。分别采取传统单层泡沫镍体系和多层泡沫镍体系制备出两个电极（A1和A3），电化学结果证实在5 A g-1的电流密度下，经1000圈的循环过后，两电极的容量保持率分别为42%和80%。显然，多层泡沫镍体系不仅适用于超小片状纳米体系的电极材料，还适用于其他大尺寸片状纳米体系的电极材料，具有一定的普遍性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2 超级电容器简介

1.3 电极的制备方法

1.4 氢氧化镍材料作为电极材料的研究进展

1.5 本论文的选题背景及主要研究内容

1.6 本章参考文献

第二章 实验方法、表征手段及电化学测试方法

2.1 水热合成法

2.2 实验所用试剂、设备

2.3单电极的制备以及全电容的组装

2.4 X射线衍射分析 (XRD)

2.5 扫描电子显微镜分析 (SEM)

2.6透射显微镜电镜 (TEM)

2.7 比表面积及孔径分布(BET＆BJH)

2.8 单电极电化学测试(CV、CP、EIS)及容量计算方法

2.9 全电容电化学测试及容量、功率密度、能量密度计算方法

2.10 本章参考文献

第三章 超小氢氧化镍纳米片的制备及其循环性能的提高

3.1 超小氢氧化镍纳米片的制备

3.2 材料的表征

3.3材料的电化学测试结果

3.4 结果机理分析

3.5 以N3电极为阳极的全电容的组装及电化学分析

3.6 本章总结

3.7 本章参考文献

第四章 氢氧化镍纳米片以及其热处理的氧化镍纳米片的制备及其循环性能的提高

4.1 材料的制备

4.2 材料的表征

4.3 材料的电化学测试

4.4 理论的进一步证明

4.5 本章小结

第五章 论文总结

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文