冷压压力对镍基过渡金属(氢)氧化物电极电化学性能的调控

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超级电容器的基本结构主要由电极、电解液、隔膜和外壳组成。其中,电极是超级电容器中最重要的部件之一,其理化性能在很大程度上决定了超级电容器的电化学特性。目前,主要采用粉末压片法制备超级电容器电极材料。机械压力和压片时间是粉末压片法中非常重要的两个工艺参数,其参数的优化能够调控/改善粉末压片的理化性能,进而影响超级电容器电极的电化学性能。因此,本文拟以简单镍基过渡金属(氢)氧化物(例,Ni(OH)2和NiO)两种电化学活性物质为研究对象,以1 M KOH水溶液为电解液,以冷压机械压力对Ni(OH)2和NiO两种物质电化学性能的调控为研究目标,在210 MPa压力范围内采用机械冷压法制备含Ni(OH)2和NiO电极,利用电化学工作站研究机械压力对含Ni(OH)2和NiO电极电化学性能的影响。首先,测试了不同压力下含Ni(OH)2电极电化学性能,分析了机械压力对含Ni(OH)2电极电化学性能的调控作用。实验主要发现:(1)在210 MPa压力范围内,随着冷压压力的逐渐增大,含Ni(OH)2电极的比电容、循环稳定性、能量密度和功率密度均逐渐增大。(2)当冷压压力为10 MPa时,含Ni(OH)2电极在高频区域范围内具有较小的阻抗(0.39Ω),在中低频范围内具有更好的交流阻抗特性。其次,测试了不同压力下含NiO电极电化学性能,分析了机械压力对含NiO电极电化学性能的调控作用。实验主要发现:(1)在210 MPa压力范围内,随着冷压压力的逐渐增大,含NiO电极的比电容、能量密度和功率密度均逐渐增大。(2)当冷压压力为10 MPa时,含NiO电极在高频区域范围内具有略大的阻抗(0.83Ω),在中低频范围内具有一般的交流阻抗特性。再次,在相同的测试条件下,比较了含Ni(OH)2和NiO电极电化学性能的差异。实验主要发现:(1)扫描速率为50 mV/s或电流密度为2.5 mA/cm2时,冷压压力可以正比例调制含Ni(OH)2和NiO电极的比电容,而且含NiO电极的比电容均明显高于或近似等于含Ni(OH)2电极。(2)在高频区域范围内,含Ni(OH)2电极在不同冷压机械压力下的溶液阻抗均明显小于含NiO电极;在中低频区域范围内,含NiO电极交流阻抗曲线与Z′轴之间的夹角略高于含Ni(OH)2电极。综上,在210 MPa压力范围内,冷压机械压力的确可以调控含Ni(OH)2和NiO电极的电化学特性。实验结果表明,优化冷压机械压力有助于通过粉末压片方式提高超级电容器电极的电化学特性。
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