(氢)氧化镍纳米线/RGO三维复合材料制备及电化学性能

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本文以镍氢电池的正极材料氢氧化镍为主要研究对象。由于α-Ni(OH)2在碱性溶液中不稳定易转化为β-Ni(OH)2,且相转化优先于形貌变化,我们采用相转化法制备β-Ni(OH)2纳米线/还原氧化石墨烯(RGO)复合材料,将其用作镍氢电池的正极材料,并对不同形貌的Ni(OH)2和Ni(OH)2/RGO复合材料的电化学性能进行了研究。通过焙烧前驱体Ni(OH)2/RGO复合材料得到NiO/RGO复合材料,将其用作超级电容器的电极材料,研究其电化学性能。  首先,根据文献选取了四种不同的方法来合成α-Ni(OH)2纳米线,通过XRD和SEM表征来选取合成α-Ni(OH)2纳米线的方法,得到长度约为几微米,直径为20-30nmα-Ni(OH)2纳米线。然后将α-Ni(OH)2纳米线置于氢氧化钠溶液中水热,通过改变水热时间,来研究氢氧化镍形状对电化学性能的影响。当水热时间30min时,α-Ni(OH)2完全转化为β-Ni(OH)2,纳米线的形状未发生变化;当水热时间60min时,β-Ni(OH)2纳米线转化为形状不均一的纳米片。电化学表征结果表明:线状结构的Ni(OH)2比片状结构具有高的比容量和良好的倍率性能;当放电倍率增大至5C时,放电比容量高达202mAh/g,具有良好的倍率性能,为β-Ni(OH)2纳米线在镍氢电池快速充放电中的应用提供理论基础和指导。  其次,采用改进的Hummers法制备氧化石墨(GO)。以GO和硫酸镍作为前驱体,氢氧化钠作为沉淀剂,采用水热法合成α-Ni(OH)2纳米线/RGO复合材料,α-Ni(OH)2纳米线均匀的负载在RGO片层上,α-Ni(OH)2纳米线的长度约为几微米,直径约为40nm。将α-Ni(OH)2纳米线/RGO复合材料置于碱性溶液中,采用相转化法将α-Ni(OH)2纳米线/RGO复合材料转化为β-Ni(OH)2纳米线/RGO复合材料。同纯的氢氧化镍相比,Ni(OH)2/RGO复合材料的比容量更高,倍率性能更为优异。当放电倍率从0.2C增大至5C时,β-Ni(OH)2纳米线/RGO复合材料的放电比容量从343.2mAh/g降至272.7mAh/g,容量保持率为79.7%,呈现出良好的电化学性能和倍率性能。  最后,将不同水热时间的α-Ni(OH)2纳米线/RGO复合材料至于真空管式炉中,通氮气,500℃焙烧,得到NiO/RGO复合材料。在NiO纳米线/RGO复合材料中,多孔的NiO纳米线负载在RGO片层上。以不同倍率放电时,NiO纳米线/RGO复合材料的放电比容量高于NiO纳米片/RGO复合材料的。当电流密度从0.5A/g增大至5A/g时,NiO纳米线/RGO复合材料的放电比容量从565F/g降至425F/g,呈现出良好的比电容和倍率性能。
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