NiCo2O4和NiCo2O4-CNTs復(fù)合膜電極的制備及電化學(xué)性能的研究.pdf

1、電極材料是制約超級(jí)電容器電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素，制備容量高、穩(wěn)定好、價(jià)格低廉和環(huán)保的電極材料是促進(jìn)電容器實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展的首要目標(biāo)。二元氧化物鈷酸鎳(NiCo2O4)，因其環(huán)境友好、資源豐富、價(jià)格低廉和其結(jié)構(gòu)、形貌多樣性等特點(diǎn)，成為作為能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中電極材料研究的新熱。
　　在本文中，首先通過三嵌段共聚物——P123作為生長調(diào)控劑，研究了P123濃度以及反應(yīng)條件對(duì)NiCo2O4形貌以及電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同P123濃度對(duì)NiC

2、o2O4的形貌的影響很大，其中在水浴條件下，P123濃度為5％時(shí)得到了近似透明的圓形納米片，在1A/g電流密度下電容值可達(dá)623F/g，當(dāng)電流密度增至10A/g時(shí)，容量保持率為60％;而當(dāng)在水熱條件下，晶體生長能力增強(qiáng)，P123對(duì)NiCo2O4的生長調(diào)控與反應(yīng)條件對(duì)NiCo2O4晶體生長的調(diào)控二者之間存在競(jìng)爭作用，此時(shí)不添加P123得到的海膽狀的NiCo2O4電化學(xué)性能最好，在1A/g電流密度下電容值可達(dá)740F/g，當(dāng)電流密度增至10

3、A/g時(shí)，容量保持率為59％。
　　其次，為了改善NiCo2O4電極材料的倍率特性，同時(shí)免去傳統(tǒng)電極制備過程中添加的粘結(jié)劑，本實(shí)驗(yàn)通過化學(xué)浴沉積然后燒結(jié)的方法將連續(xù)自支撐碳管膜與NiCo2O4復(fù)合制備NiCo2O4/CNT自支撐膜電極。實(shí)驗(yàn)得到的核殼結(jié)構(gòu)的NiCo2O4/CNT納米結(jié)構(gòu)復(fù)合膜保持了以CVD法紡出的連續(xù)碳管膜的柔性、多孔的特點(diǎn)，極大提高了NiCo2O4的導(dǎo)電性，并且，碳管的加入還有效防止了NiCo2O4之間的團(tuán)聚。實(shí)

4、驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，碳管負(fù)載量和碳管酸處理時(shí)間對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能都有影響。通過掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)可以觀察到復(fù)合結(jié)構(gòu)中保留了原碳管膜的3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且在最佳的NiCo2O4/CNT復(fù)合結(jié)構(gòu)中，每根碳管上都被粒徑僅5nm的球形NiCo2O4納米顆粒均勻且單層包覆。該復(fù)合結(jié)構(gòu)在三電極測(cè)試系統(tǒng)1A/g電流密度下電容值可高達(dá)828F/g，在20A/g高電流密度下，電容值仍然能夠保持近80％，展現(xiàn)出了良好的倍率特性;甚至

5、該復(fù)合材料在5A/g大電流密度下循環(huán)3000圈之后，容量保持率超過99％，展現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。另外為了進(jìn)一步評(píng)估NiCo2O4/CNTs自支撐膜電極實(shí)際的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)以NiCo2O4/CNTs和商用活性炭分別作為正負(fù)極制備非對(duì)稱型超級(jí)電容器(NiCo2O4/CNTs//AC)，并從二電極體系測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)NiCo2O4/CNTs//AC能量密度為28.58Wh/kg時(shí)，功率密度為0.7kW/kg，當(dāng)能量密度為14.18Wh/kg時(shí)