镍基层状双氢氧化化物材料的制备及其电化学性能的研究

作     者：刘佳宝 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩恩山

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 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）] 

主      题：混合超级电容器 镍基层状双氢氧化物 软模板法 电池型电极材料 

摘      要：超级电容器由于快速充放电和循环寿命良好等特点而成为具有发展潜力的储能装置之一。在超级电容器电极材料方面,类水滑石材料中镍基层状双氢氧化物因其较高的比容量和化学稳定性等优点取得了积极的进展。基于此,本文采用水热法在泡沫镍基底上分别制备了镍锰层状双氢氧化物(NiMn-LDHs)和镍钴层状双氢氧化物(NiCo-LDHs)两种电极材料。通过调控反应温度、时间、金属盐比例、沉淀剂尿素浓度及模板剂的种类和数量等因素来探究NiMn-LDHs和NiCo-LDHs的形貌、结构和电化学性能。NiMn-LDHs(NM)电极材料通过水热法被合成在泡沫镍基底上。研究发现,当镍锰金属离子盐在140℃反应8 h,沉淀剂是总金属盐离子浓度4倍条件时,制备的NM样品性能良好:在1 A·g显示比容量为443.80 C·g。用NM与活性炭(AC)组成NM//AC混合超级电容器(HSC)在800.02 W·kg功率密度下,展现的能量密度为34.24 Wh·kg。通过水热法调控了NiMn-LDHs材料的形貌结构及其电化学性能。依次探究了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)和十二烷基硫酸钠(SDS)的用量对NM材料性能的影响,当其浓度分别为5 g·L、5 g·L、7.5 g·L和5 g·L时,在1 A·g下,得到的材料的电容值依次为629.80 C·g、692.80C·g、479.00 C·g和590.90 C·g;10 A·g下2000次充放电后容量分别保持了79.80%、81.30%、79.65%和65.40%。此外,将PVP模板剂制备的样品(NM-P)和AC组装成NM-P//AC HSC,在1 A·g时HSC的比容量为271.81 C·g;HSC的功率密度为798.41 W·kg时,表现出57.71Wh·kg的高能量密度;即便在7799.61 W·kg高功率密度时,HSC仍传输42.04 Wh·kg的能量密度。通过水热法在泡沫镍上制备了NiCo-LDHs(NC)材料,经考察发现,120℃反应8 h,沉淀剂浓度是总金属盐离子4倍时,制备的样品性能良好:在1 A·g显示出555.44 C·g的比容量;在10 A·g下2000次充放电后比容量保持了82.53%。且采用CTAB作为模板剂得到的样品(NC-C)性能最优:在1 A·g下比容量为755.24 C·g;在10 A·g下2000次循环后比容量保持了88.23%;NC-C和AC组装的NC-C//AC HSC在799.84 W·kg的功率密度下保持了48.34 Wh·kg的能量密度。即便在7998.91W·kg的高功率密度条件下NC-C//AC HSC仍显示了32.74 Wh·kg的能量密度。