柔性纳米多孔镍/氧化镍复合电极的制备及其储能特性的研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shahua001
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随着超级电容器的快速发展,纳米多孔金属作为新型超级电容器的电极材料成为倍受关注的研究热点。然而,纳米多孔金属大多韧性不足、易断裂,无法在较大的弯曲变形状态下保持机械完整性。本论文选用快速凝固技术制备高柔韧性镍基非晶条带,采用“自由脱合金-自然氧化”一步法制备纳米多孔镍/氧化镍(Nanoporous Ni/NiO,np-Ni/NiO)复合电极材料。通过控制脱合金时间来调控腐蚀深度,保留一定厚度的非晶基体芯层,开发出具有三明治结构的(NiO/np-Ni︱韧性非晶合金︱np-Ni/NiO)一体化柔性电极。本论文首先以Ni40Zr60非晶条带为前驱体,氢氟酸为腐蚀液,制备柔韧性np-Ni/NiO复合电极,考察了腐蚀液浓度及脱合金时间对电极的形貌、整体结构、柔韧性及储能特性的影响,初步确定了一个较为合适的电极制备工艺;在此研究基础之上,进一步以Ti元素取代Ni40Zr60前驱体中的部分Zr元素,探究了前驱体中Ti元素的添加对电极的表面形貌、柔韧性及储能特性影响。结果表明:Ni40Zr60非晶条带在0.05 M氢氟酸中脱合金后,条带表面均匀分布着大量星状裂纹;以Ti元素取代Ni40Zr60中50%的Zr元素时,Ni40Zr30Ti30脱合金后的表面星状裂纹基本消失,可获得均匀、疏松的纳米多孔形貌;当Ti元素完全取代Zr元素时,Ni40Ti60脱合金后的表面多孔形貌则较为致密。依据前驱体中Ti元素的原子百分比含量,将上述三种前驱体制备的电极分别记为“电极T-0”、“电极T-30”和“电极T-60”。三种电极均表现出可弯曲变形的能力,但在手指按压测试中,电极T-0破碎断裂,电极T-30和电极T-60未发生破碎断裂现象。说明Ti的添加能有效地改善电极的表面形貌和柔韧性。在1 A/cm3放电电流密度下,电极T-0、电极T-30和电极T-60的最大体积比电容值分别为730 F/cm3、806 F/cm3和177 F/cm3;电流密度从1 A/cm3升至128 A/cm3时,三种电极的测试比电容值分别衰减了65.7%、19.7%、17.3%。说明电极T-30表面均匀、疏松的多孔结构更有利于综合提升电极的储能容量和倍率性能。
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