论文部分内容阅读
工业的快速发展和人们生活水平的提高对能源的需求出现了史无前例的增加,化石资源的巨量消耗使得环境问题日益突出。如持续增加的雾霾天气、不断增加的二氧化碳排放量及污染物、各种疾病的发生等,无不与此相关。因此,使用清洁能源是世界各国共同探索的重要课题,尤其是便捷式洁净能源在运输、通讯、科技、航空等领域更显示其重要性,而实现这一目标的关键步骤就是如何能高效储存和转换常规方法得到的能源。超级电容器就是转换为便捷能源的一种重要器件,因其具有较高的功率密度和优异的循环稳定性,已经引起了越来越多科学工作者的高度关注。其中,电极材料是影响其性能的关键因素。金属氧化物/氢氧化物因具有较高的比容量和能量密度而引起广泛的研究兴趣,但因高温固相法和化学沉积法等制备的金属氧化物/氢氧化物分散性较差,使得其比容量大打折扣。此外,金属氧化物/氢氧化物本身较差的导电性,也严重影响其倍率性能和循环性能。如何提高其分散性,改善电极材料使用过程中电子传输速率以及电解液中的电荷离子在电极充放电过程的迁移速率是这类电极材料研究的重点。目前研究热点是将金属氧化物/氢氧化物与导电性较好的碳材料进行复合来改善其电化学性能。鉴于此,本工作通过电化学沉积法将高比容量的氢氧化镍分别与较高比表面积的活性炭和具有优良导电性的石墨化碳复合,构建出了具有较大比表面积的三维网状结构的Ni（OH）2/C复合电极材料。电化学测试表明,碳基底的含氧官能团数目,比表面积,导电性均对生成的Ni（OH）2/C复合电极材料电化学性能产生影响。研究过程中采用扫描电镜、氮吸附/脱附等物理表征方法和循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等电化学测试方法。主要结果如下:（1）通过对商用活性炭进行硝酸氧化（Nitric acid treatment,NT）和部分结晶化（Partial crystallization,PC）处理,获得了氧化活性炭和部分结晶化碳,然后以上述处理的活性炭为基底电化学沉积Ni（OH）2,构造了具有三维网状结构的Ni（OH）2/PC-NT-AC/NF复合电极材料,通过与Ni（OH）2/NT-AC/NF和Ni（OH）2/AC/NF复合电极材料进行对比,探讨了活性炭中含氧官能团数目和结晶度对电化学沉积的Ni（OH）2电极材料电化学性能的影响。上述制备的Ni（OH）2/PC-NT-AC/NF复合电极材料展示了出色的电化学行为,在6 A/g的电流密度下,比容量达到2971 F/g,当电流密度提高到40 A/g的大电流密度时,比容量仍保持有1919 F/g,相对于另外两种电极材料,其倍率性能和循环性能均得到了改善,其出色的电化学性能归因于基底的较大比表面积和优异的导电性。（2）以石墨化度达近100%的石墨化碳为原料,通过氢氧化钾与石墨化碳以不同比例对其活化处理,并以此为基底电化学沉积Ni（OH）2,构造了具有发达孔径的Ni（OH）2纳米晶体。探讨了不同活化程度碳基底和不同Ni（OH）2沉积量对电化学沉积Ni（OH）2的电化学性能的影响,并与商业石墨烯纳米片作为电化学沉积Ni（OH）2基底制得的复合材料电化学性能进行了比较,探讨了基底比表面积与导电性对电化学沉积Ni（OH）2晶体电化学性能的影响。