鎳鈷基金屬氧化物芯殼納米纖維的電化學(xué)性能研究.pdf

1、開發(fā)新能源可以有效的緩解能源短缺和環(huán)境污染問題，研究儲能器件對新能源的利用起到了至關(guān)重要的作用。超級電容器（Supercapacitor）作為一種新型儲能器件，兼具高能量密度和高功率密度的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于混合動力汽車、便攜式電子設(shè)備、軍事等領(lǐng)域。超級電容器的電化學(xué)性能主要由其電極材料決定，鎳鈷基金屬氧化物作為一種理論容量高、廉價、環(huán)保的電極材料，受到了研究者的廣泛關(guān)注。本文以制備性能優(yōu)異的超級電容器電極材料為出發(fā)點，采用同軸靜電紡絲工藝

2、制備出一系列鎳鈷基金屬氧化物芯殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米纖維電極材料。通過XRD、SEM、TEM等手段對制備出的材料進行了微觀形貌和結(jié)構(gòu)的表征；使用電化學(xué)工作站對制備出的電極進行了循環(huán)伏安、恒流充放電和交流阻抗等電化學(xué)性能測試。主要研究內(nèi)容如下：
　　1.以PVP/Ni(NO3)2、PVP/Co(NO3)2為前軀體，通過靜電紡絲法結(jié)合熱處理工藝制備出單體NiO纖維、單體Co3O4纖維和具有芯殼結(jié)構(gòu)的NiO@Co3O4復(fù)合納米纖維，對制備出的三

3、種電極材料分別進行了微觀形貌、結(jié)構(gòu)的表征和電化學(xué)性能測試。芯殼復(fù)合帶來的協(xié)同效應(yīng)使得材料的電化學(xué)性能得到了大幅提升，NiO@Co3O4芯殼復(fù)合納米纖維電極在1Ag-1電流密度下比電容達到了437Fg-1，遠大于單體NiO纖維的221Fg-1和單體Co3O4纖維的283 Fg-1；即使電流密度達到40Ag-1時，容量仍能保持60%左右，具有良好的倍率性能；交流阻抗的測試結(jié)果表明，NiO@Co3O4芯殼復(fù)合納米纖維在高、中、低頻區(qū)域?qū)?yīng)的三

4、種阻抗Rs,Rct和Zw均小于兩種單體材料；在5Ag-1的電流密度下循環(huán)1000次后，NiO@Co3O4芯殼復(fù)合納米纖維電極的容量剩余為82.9%，優(yōu)于NiO單體的77.4%和Co3O4單體的78.8%，循環(huán)穩(wěn)定性也有所提升。
　　2.以PVP/Ni(NO3)2/Co(NO3)2、PVP/Mn(CH3COO)2/Co(NO3)2為前軀體，通過同軸靜電紡絲法結(jié)合不同焙燒溫度制備出具有芯殼結(jié)構(gòu)的NiCo2O4@MnCo2O4復(fù)合納米纖

5、維電極材料。對熱處理溫度分別在500℃、600℃和700℃的電極材料進行了微觀形貌、結(jié)構(gòu)的表征和電化學(xué)性能測試，分析討論了不同焙燒溫度對電極材料形貌性能的影響。結(jié)果顯示：熱處理溫度在500℃、600℃、700℃時均得到了結(jié)晶良好的尖晶石結(jié)構(gòu)NiCo2O4、MnCo2O4復(fù)合材料，500℃時得到的芯殼纖維結(jié)構(gòu)最為連續(xù)完整；隨著焙燒溫度的升高，分子熱運動加劇，晶粒不斷長大，600℃時纖維斷裂成十幾微米的短棒；700℃時碎裂成段并粘連在一起，

6、完全失去一維結(jié)構(gòu)，芯層和殼層也互融在一起。電化學(xué)性能測試表明500℃焙燒時具有最完整一維纖維和三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的電極材料整體電化學(xué)性能最優(yōu)，在1Ag-1電流密度下比電容達到了463Fg-1，高于600℃時的362Fg-1和700℃時的283Fg-1；交流阻抗測試表明完整的一維纖維結(jié)構(gòu)為電子、離子的轉(zhuǎn)移提供了天然的通道，致使500℃焙燒的樣品阻抗最小，形貌最差的700℃焙燒樣品阻抗最大。500℃熱處理得到的NiCo2O4@MnCo2O4芯殼復(fù)