氢氧化镍复合材料的制备及电容性能

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本文分别采用水热法和恒电位电沉积法制备了钴酸镍/氢氧化镍复合材料和石墨烯/氢氧化镍/氢氧化钴复合材料。利用红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)技术对复合材料的结构进行了表征,采用扫描电子显微镜(SEM)观察了复合材料的形貌,并利用循环伏安(CV)、恒电流充放电(CP)、交流阻抗技术(EIS)研究了钴酸镍/氢氧化镍和石墨烯/氢氧化镍/氢氧化钴复合材料的电容性能。本文以硝酸钴、氢氧化钾和尿素为原料,以泡沫镍为基底,采用一步水热法合成了拉链状钴酸镍/氢氧化镍复合物。其中,泡沫镍在整个体系中不仅是载体,同时还是镍源和还原剂,参与了其中的氧化还原反应。在6M的氢氧化钾电解液中,当电流密度为1mA cm-2时,复合物比电容达到2474.1 F g-1;同时,当电流密度增大至100mA cm-2时,其比电容仍达到1864.5F g-1,说明复合物具有良好的倍率性能。此外,复合物在电流密度为1 mA cm-2下循环2000圈后,比电容值仍保持初始的86%,表明复合物的循环性能较好。复合物钴酸镍/氢氧化镍这些优异的电化学性能,一方面归因于钴、镍之间的协同作用使其表现较强的赝电容性质;另一方面,泡沫镍作为反应体系的基底,减小了反应中的电阻,复合物的电容性能容因此得到提高。本文还以石墨为原料,采用改进的Hummers法得到氧化石墨烯,将硝酸钴、硝酸镍,氧化石墨烯三者的混合溶液通过电化学沉积法制得了石墨烯/氢氧化镍/氢氧化钴复合物。先后通过正交试验和控制单因素变量法,探究得到了制备复合物的最优方案和复合物优异的比电容。复合物在电流密度为1 mA cm-2的条件下,比电容可达1894.1 F g-1,并且在循环2000圈后,比电容可保持初始的88%,表明复合物循环性能良好。组装了石墨烯-石墨烯/氢氧化镍/氢氧化钴非对称型电容器,在1 mA cm-2的电流密度下,其比电容为259.8 F g-1,循环2000圈后,比电容保持到原来的81%,循环性能有待提高。
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