氢氧化镍的改性及其电化学电容性能的研究

作     者：刘新伟 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王贵领

授予年度：2014年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：氢氧化镍 钴镍复合物 CTAB 原位生长法 超级电容器 

摘      要：超级电容器是一种具有高功率密度、高能量密度、高充放电效率、良好的可逆性、长循环寿命及无污染等特点的新型储能元件。氢氧化镍具有非常高的理论比容量,价格也很低廉,是一种非常有前景的电极材料,但氢氧化镍的电子导电性差,循环性能不佳,本文采用原位生长法,利用XRD、SEM、EDS、TEM等物理表征手段,结合循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等电化学性能测试,系统研究了添加Co元素和表面活性剂对材料的形貌、结构和电化学性能产生的影响,从而实现材料的改性研究。制备的CoNi(OH)(x=0.05,0.10, 0.15和0.20)复合物电极为纯相,且晶型没有改变,随着Co元素含量的增加,材料的结晶度变差。CoNi(OH)(x=0.05, 0.10,0.15和0.20)的形貌与β-Ni(OH)的球形结构不同,但仍为片状结构。EDS分析表明复合物中钴镍的实际含量与原溶液中的物料配比相一致,且钴镍元素分布均匀。随着Co含量的增加,而复合物材料的比容量值出现了先增大后减小的现象,CoNi(OH)的比容量值最大为1464.7 F·g-1,远远高于β-Ni(OH)电极的1030.2 F·g-1。当放电电流密度从1 A·g-1增加为6 A·g-1时,β-Ni(OH)电极的比容量保持率仅为37.5%,而CoNi(OH)的比容量保持率为73.9%,并且循环稳定性得到很大提高,循环500圈后,比容量保持率在86%以上。通过在生长溶液中添加表面活性剂SDBS、CTAB、PVP,来研究不同表面活性剂对材料的物理性能和电化学性能的影响,加入CTAB的β-Ni(OH)电极显示出良好的电化学可逆性和高的比容量,因而对CTAB进行进一步的研究。通过在生长溶液中添加表面活性剂CTAB,来研究表面活性剂的添加量对材料的物理性能和电化学性能的影响,得到最佳添加量。当CTAB的添加量为0.03 g样品的纳米片最薄,且纳米片间有很大的空隙,利于电解液的渗入,当放电电流密度为1 A·g-1、2A·g-1、4A·g-1、6A·g-1 时,该样品产生的比容量依次为 1540.7 F·g-1 1365.8 F·g-1、1167.5 F·g-1 1019.4 F·g-1,500圈的循环测试后比容量保持率在77%以上。