插层及硫化改性无粘结剂镍锰水滑石电极结构及性能研究

作     者：程焱 

作者单位：辽宁工程技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王晓亮;刘忆

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：无粘结剂电极 镍锰水滑石 插层 硫化 超级电容器 

摘      要：电极材料是超级电容器中最为关键的部分,显著影响着超级电容器的性能。众多电极材料中,水滑石因具有高的理论容量、易于合成且具有可观的能量密度和功率密度,已成为极具发展前景的电极材料。然而水滑石自身导电性较差,制浆涂覆制备电极方法中粘结剂的电子绝缘性和无电化学活性等多种因素制约了水滑石电极材料的性能发挥。在导电基底上制备无粘结剂的电极成为了解决问题的有效途径。本文以泡沫镍为基底生长无粘结剂镍锰水滑石电极,并研究层间距和硫化改性对电极结构、形貌及电化学性能的影响,以进一步优化电极性能。采用水热法在泡沫镍上生长镍锰水滑石,研究反应体系中十二烷基磺酸钠的添加量对电极结构、形貌及电化学性能的影响。结果表明,随着添加量的增加样品的结晶度下降,而层间距、生长质量和生长层厚度均呈现出先增加后减小的变化趋势,形貌由散乱的薄纳米片阵列转变成规整较厚的纳米片阵列。当添加量为4 mmol时,样品的层间距和生长质量均达到了最大值,在5 m A·cm的电流密度下获得了6311 m F·cm的面积比电容,在50m A·cm的电流密度下5000圈循环后仍保有57%的初始容量。组装的非对称超级电容器在1 A·g电流密度下的比电容为97 F·g,在10 A·g电流密度下10000圈循环后容量保持率为85%,并且获得了35 Wh·kg的能量密度和11362 W·kg的功率密度。将上一步电化学性能最佳的样品作为前驱体,通过硫化改性进一步提高电极的电化学活性和电化学导电性,探究硫化时间对电极结构、形貌及电化学性能的影响。结果表明,随着硫化时间延长,样品的层间距变小,结晶度再次下降达到一个稳定值。样品逐渐失去原有清晰规整的片层形貌,并且生成了硫化物,同时样品的比表面积逐渐增大。硫化改性3 h的样品在5 m A·cm的电流密度下获得了9111 m F·cm的面积比电容,电流密度为100m A·cm时仍有5346 m F·cm的面积比电容。组装的非对称超级电容器在1 A·g电流密度下的比电容为133 F·g,在10·A·g电流密度下10000圈循环后容量保持率高达102%,并且获得了48 Wh·kg的能量密度和9632 W·kg的功率密度。该论文有图31幅,表6个,参考文献133篇