NiCo2O4基复合纳米结构的构筑及其电容性能研究

来源 :济南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:heyouzhang035
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随着可穿戴的、便携式的柔性电子产品的飞快发展,柔性储能材料的研究和开发得到广大学者的关注。碳材料具有导电性好,导电率高,比表面积大,高耐腐蚀性和低阻力、低密度等优点,这些都在超级电容器的发展中发挥着至关重要的作用。过渡金属氧化物理论比容量大,具备优异的可逆性和高可靠性。因此,许多价格低廉,性能优良的过渡金属氧化物受到广大研究者的关注,如Co3O4,NiO和NiCo2O4等。特别是尖晶石结构的NiCo2O4,其结合了NiO和Co3O4两类金属氧化物的电容性能,由于它们的协同作用,可以进一步改善和提高超级电容器的电化学性能。本文首先采用硫酸盐和氯酸盐作为母盐,以碳纤维布(CFC)和自制碳集流体薄膜(CC)作为衬底材料,采用水热法制备NiCo2O4/CFC复合材料,其中以氯酸盐为母盐,反应温度120℃,水热3 h得到的NiCo2O4/CFC复合材料表现出最佳的整体比电容9.86F/g。但是经过煅烧之后,NiCo2O4/CFC材料稳定性变差,为了得到稳定性的NiCo2O4/碳材料,以碳纳米管为原材料制备碳薄膜衬底材料,以碳纤维为增强材料制备CNT/CF薄膜(CC),作为衬底材料来制备NiCo2O4/CC复合材料。在120℃条件下,采用水热法制备出NiCo2O4/CC复合材料,材料表现出13.60 F/g的整体比电容和良好的循环稳定性,其中活性材料NiCo2O4表现出128.96 F/g的比电容。采用NaOH溶液处理过的碳纳米管制备的NiCo2O4/CC材料表现出更高的整体比电容为69.6 F/g,活性材料表现出249.69 F/g的比电容,但是材料柔韧性变差,循环稳定性有所降低。该部分采用碳材料为衬底材料与NiCo2O4材料相结合,实现了双电层电容与赝电容的结合,材料呈现出良好的柔韧性和电化学性能,适用于柔性可穿戴电化学器件的制备。为了制备得到电化学性能良好NiCo2O4复合材料,分别以硫酸盐,氯酸盐和硝酸盐三种母盐为原料,采用水热法在泡沫镍(NF)表面制备NiCo2O4,得到NiCo2O4/NF复合材料,比电容值分别为438.8、331.4和1068.3 F/g。为得到性能最佳的NiCo2O4/NF,继续以硝酸盐为母盐,氟化铵为分散剂,其中加入3 mmol氟化铵得到的NiCo2O4/NF复合材料表现出最佳的形貌和电化学性能,其比电容为1636.36 F/g,且材料表现出良好的循环稳定性。采用电沉积法制备出了NiCo2O4/NF复合材料,但是NiCo2O4在泡沫镍表面的生长状况不佳,电化学性能较差。分别采用化学浴沉积法,电沉积法和水热法在二维NiCo2O4/NF复合材料表面继续制备了NiCo2O4及其氢氧化合物。其中采用化学浴沉积法,化学浴沉积时间10 min,得到的NiCo2DHs/NiCo2O4/NF多级结构复合材料表现出最佳的电化学性能,比电容值为864.5 F/g。经过煅烧得到NiCo2O4/NiCo2O4/NF复合材料表现出最佳的电化学性能和高的比电容值为2068.52 F/g,在8A/g的电流密度下循环5000次比电容保留率为43.54%。采用电沉积法,沉积时间分别为300s,600s和900s制备NiCo2DHs/NiCo2O4/NF表现出良好的比电容分别为392.11,501.45,510.76 F/g。NiCo2O4/NiCo2O4/NF复合材料表现出良好的比电容分别为383.33,416.44和380.15 F/g。采用水热法,设定离子浓度比n(Co2++Ni2+):n(尿素)分别为3:20和3:40,制备得到的NiCo2DHs/NiCo2O4/NF和NiCo2O4/NiCo2O4/NF复合材料均表现出良好的比电容分别为484.12,356.55 F/g和1028.25,848.09 F/g。同时NiCo2DHs/NiCo2O4/NF材料在5 A/g电流密度下循环4000次后,比电容保持率分别为55.84%和54.17%,NiCo2O4/NiCo2O4/NF在10 A/g电流密度下循环5000次后,比电容保持率分别为73.04%和74.06%。
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