柠檬酸凝胶法制备电化学电容器用氧化镍及其掺铜改性的研究

论文摘要

活性炭材料是目前唯一商业化的电化学电容器用电极材料,其价格便宜,循环性能稳定,但是活性炭材料的比电容较低。为了开发具有比活性炭更高的比电容的电极材料,人们将研究重点放在金属氧化物材料的研究上。氧化镍电极材料是目前研究较多的电化学电容器用电极材料,本文选择氧化镍材料进行研究。本课题研究柠檬酸凝胶法制备氧化镍材料的制备工艺,并对其进行掺铜改性研究,对比该材料与活性炭材料电容性能的差别。考察了活性炭材料的电化学电容性能。采用乙酸镍、乙酸铜、柠檬酸为原料合成氧化镍材料。研究了不同烧结条件下产物的电化学电容性能,优化了烧结工艺。通过X射线衍射分析了产物的晶体结构,扫描电镜观察样品的形貌,恒流充放电测试研究了材料作为正极的比电容和循环性能,用循环伏安法和电化学阻抗谱对材料的电化学反应机理进行了简单分析,并考察了活化对材料电化学性能的影响。研究结果表明,在烧结工艺方面,350℃烧结1小时后随炉冷却制备的氧化镍的比电容最高,达到120F·g-1。在掺铜比例方面,掺杂1%铜元素的氧化镍的比电容最高,达到180F·g-1。与结构分析结果对比后发现,氧化镍材料的比电容大小与晶格常数和晶胞体积有密切关系,晶胞体积越大,样品比电容越大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 电化学电容器的储能机理
• 1.2.1 双电层电容
• 1.2.2 法拉第准电容
• 1.3 电化学电容器的分类
• 1.4 电化学电容器的发展
• 1.4.1 国外电化学电容器的发展
• 1.4.2 国内电化学电容器的发展
• 1.5 电化学电容器的研究现状
• 1.5.1 电极材料的研究现状
• 1.5.2 电解液的研究现状
• 1.6 课题来源、意义及主要研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验药品
• 2.2 实验仪器
• 2.3 金属氧化物粉体的制备
• 2.4 材料表征
• 2.4.1 X 射线衍射（XRD）分析
• 2.4.2 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.4.3 热重-差热（TG-DTA）分析
• 2.5 材料电化学性能测试方法
• 2.5.1 电极及模拟电容器的制备方法
• 2.5.2 恒电流充放电性能测试
• 2.5.3 循环伏安测试
• 2.5.4 电化学阻抗谱测试
• 第3章 活性炭电极电化学性能的研究
• 3.1 活性炭材料的前处理
• 3.2 活性炭的电化学性能的测试
• 3.2.1 活性炭电极循环伏安性能的测试
• 3.2.2 模拟电容器的充放电测试
• 3.2.3 活性炭电极的正极充放电测试
• 3.2.4 活性炭电极的电化学阻抗谱测试
• 3.3 本章小结
• 第4章 纳米氧化镍粉体的合成与表征
• 4.1 氧化镍前驱体干凝胶的热重-差热分析
• 4.2 不同热处理条件对产物结构的影响
• 4.2.1 样品的XRD 分析
• 4.2.2 样品的SEM 分析
• 4.3 氧化镍电极材料的电化学性能
• 4.3.1 样品的循环伏安测试
• 4.3.2 样品的恒电流充放电测试
• 4.3.3 NiO 电极材料的电化学阻抗谱分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 氧化镍中掺杂铜的研究
• 5.1 掺铜的比例
• 5.2 不同掺铜比例对镍氧化物结构的影响
• 5.2.1 样品的XRD 测试
• 5.2.2 材料的SEM 表征
• 5.3 样品的电化学性能测试
• 5.3.1 电极材料的循环伏安测试
• 5.3.2 样品的恒流充放电实验
• 5.3.3 掺铜NiO 电极的电化学阻抗谱分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢