BDD电极的制备及电容性能研究

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本文将介绍两种用以掺硼金刚石(BDD)为主要材料构建的超级电容器电极,第一种构建方法以钽(Ta)为基底,利用热丝CVD在其上生长厚度为30-40um的BDD,然后利用射频磁控溅射法在BDD/Ta上垂直生长100nm的连续Ti膜,最后利用电化学腐蚀与热退火工艺制备出纳米TiO2/BDD/Ta。利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)证明了二氧化钛和多孔钽的形成。通过循环伏安法、恒流充放电法、交流阻抗法来衡量此复合膜电极作为双电层电容器电极的性能。以TiO2/BDD/Ta作为工作电极,铂片电极为参比电极,0.1M硫酸钠溶液为电解液构造的电容器,当扫描速率为5mV/s时,比电容达到了5.23mF/cm2。经过500圈的恒流充放电测试,其比电容仍然保持为原来的89.3%。这种优异的电化学性能归因于高质量的BDD、表面的粗糙度、电催化活性的二氧化钛层和钽纳米多孔结构,以及它们之间的协同效应,这些结果表明TiO2/BDD/Ta复合膜是非常有前途的并具有特殊领域应用的超级电容器的电极;第二种构建方法是以钽(Ta)为基底,利用热丝CVD在其上生长厚度为160um的BDD膜,将BDD膜从钽基底上人工剥落,获得高质量的自支撑BDD,然后利用0.1M磷酸二氢钠(NaH2PO4)作为底液配制浓度为0.002M硝酸镍(Ni(NO32)溶液作为电镀液,利用方波脉冲在BDD薄膜上电化学沉积镍,最后利用氢氩等离子体对自支撑BDD进行刻蚀。随着刻蚀时间的增加,孔径增大,孔密度减小,孔深先增大后保持不变。通过循环伏伏安法、恒流充放电法、交流阻抗法对原始BDD和刻蚀BDD进行数据的对比分析,结果表明,多孔Ni/BDD电极具有较高的比电容,这是由于其高导电性和大的比表面积。多孔电极的比电容最高可达到9.55mF/cm2,比原始的BDD电极高22倍。多孔Ni/BDD表现出良好的循环稳定性,在经过600圈CV循环后只有损失了原始容量的5.3%。
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