氧化镍/掺氮碳纳米管复合材料超级电容器性能研究

作     者：高田慧 

作者单位：辽宁科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：安百钢

授予年度：2014年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：超级电容器 掺氮碳纳米管 氧化镍 

摘      要：超级电容器作为一种新型、高效、绿色环保的化学电源倍受人们关注。超级电容器具有比传统化学电池更加广泛的用途。在超级电容器研究中，开发高比容的电极材料具有重要的应用价值和理论意义。本文通过原位聚合法将吡咯与碳纳米管掺氮后进行炭化处理，得到氮掺杂碳纳米管。以掺氮碳纳米管为原料，采用液相沉积-热分解法制备了氧化镍/掺氮碳纳米管复合材料。并研究了其在超级电容器中作为电极材料的电化学性能。本文主要研究内容如下： （1）通过原位聚合法将吡咯包覆在碳纳米管管外，经过700℃、900℃炭化处理，得到掺氮碳纳米管，并对其进行了X-射线光电子能谱（XPS）成分表征，表明炭化后的材料表面确实掺杂了氮元素。 （2）以掺氮碳纳米管为原料，采用液相沉积-热分解法制备了氧化镍/掺氮碳纳米管复合电极材料。通过X射线衍射（XRD），扫描电镜（SEM），透射电镜（TEM）,比表面分析仪（BET）对材料表面形貌和成分进行表征。结果表明：复合材料制备成功，且材料具有较高的比表面积。经循环伏安，交流阻抗和恒流充放电讨论了电极材料的电化学性能，结果表明：经700℃炭化后的碳纳米管和氧化镍复合材料，掺氮碳纳米管质量分数为24%时，复合材料具有较高的比电容。在放电电流为5mA时，比电容达到114F·g-1，经过1000次循环后比电容依然保持初始比电容的68%以上。且内阻仅为0.34，导电性良好。通过掺氮碳纳米管的加入，掺杂的氮元素使复合材料的亲水性增强，有利于材料与电解液离子的接触，且碳纳米管良好的导电性进一步改善了复合材料的电化学性能，使复合电极材料具有更优异的性能。因此本文的研究对寻找制备优良的超级电容器电极材料提供了理论和实验依据。