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镍基复合电极材料的制备及超级电容性能研究

罗惜情  
【摘要】:空心结构纳米材料由于具有可区分的内部空隙,低密度,较大的比表面积和减少质量和电荷传输的传输长度的突出特征而引起了极大的关注,过渡金属化合物空心结构由于其独特的结构特征和良好的化学性质而作为电能存储系统的电极材料受到了广泛的关注。本文采用溶剂热法制备α-Ni(OH)_2多级蛋黄-壳结构微纳球,并在其表面包覆一层Mn_2O_3,得到α-Ni(OH)_2@Mn_2O_3复合多级蛋黄-壳结构微纳球;此外,采用水热法在S纳米球表面包覆Ni(OH)_2,对其进行热处理获得NiS_2/Ni(OH)_2复合空心纳米球。1.通过一种简便的方法成功地合成了新型核-壳结构α-Ni(OH)_2@Mn_2O_3多级蛋黄-壳结构微纳球,并用于高性能超级电容器电极材料。由于Ni(OH)_2和Mn_2O_3的协同作用,以及微纳球表面纳米片的高亲水性和超薄性,所制备的材料具有较高的比电容量(在1 A·g-~1下2228.6 F g-~1),并且具有良好的循环稳定性(在10 A·g-~1下3000次循环后保留率为77.7%)。在电流密度为10 A g~(-1)时获得1526.5 F g~(-1)的高比电容。该材料在10 A g-~1的大电流密度下,3000次充放电循环之后仍保持高达~90%的库伦效率。这些优异的电化学性能可归因于纳米复合物中Ni(OH)_2和Mn_2O_3纳米片壳的协同效应,其提供大的表面积,良好的机械稳定性,高离子扩散速率和更多电活性位点。2.以硫纳米球为自牺牲模板和硫化硫源,使用水热法在其表面包覆Ni(OH)_2,然后低温煅烧,获得多孔的NiS_2/Ni(OH)_2复合纳米空心球,具有良好的电化学性能。在1 A g-~1的电流密度下,比容量可达到1446 F g-~1,20 A g-~1下仍高达976 F g-~1。在10 A g~(-1)的电流密度下循环5000次以后,其比容量保持率为86.4%。其出色的电化学性能归因于独特的“向日葵”状形貌,有利于离子从电解液中向电极材料表面进行快速有效的扩散、以及电子的快速转移;其次,多孔结构具有更高的比表面积能够为电化学反应提供更多的活性位点。NiS_2/Ni(OH)_2电极具有作为理想的高性能超级电容器电极材料的潜能。


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