ni(oh)2-c材料的制作及超级电容器特性研究

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1、Ni(OH)2/C材料的制作及超级电容器特性研究第1章绪论1.1超级电容器简介电池、燃料电池和超级电容器是电化学能量转化和存储最有效、可行的设备。电池作为常用的储存电能的装置，可以在较小的体积和质量内储存很高能量，为设备提供稳定的电源供给。但是自放电和循环寿命一直是电池的两大缺陷，而人们为了维持设备的能量供给不得不忍受这样的缺点。这也就使得具有功率密度高、循环寿命长的超级电容器引起越来越广泛的关注。超级电容器性能介于传统电解电容（输出功率高）和电池/燃料电池（能量密度高）之间，[1,2]可以作为电池/燃料电池的一种补充。超级电容器最早是通用电气公司1957年提出，[

2、3]当时是基于双电层电容结构。1969年美孚石油公司（SOHIO）开始尝试向市场推出使用超级电容器的设备，日本电气公司（NEC）从美孚石油公司（SOHIO）购买了双电层电容器专利，向市场推出了计算机内存使用的备份产品。但是在很长一段时间里，超级电容器并没有引起人们的注意。随着全球经济的快速发展、化石能源的消耗、环境污染的加剧，人们迫切需要有效、清洁、可持续能源，以及与能量转换和贮存相关的技术。作为电池设备的一种补充，直到19世纪80年代超级电容器才开始引起一些关注，主要是在混合电动车领域的应用。超级电容器主要作用是促进电池或燃料电池在混合动力电动车加速时能够为其提供

3、必要的动力，另一个功能是回收制动能量。另外，超级电容器在应急电源的电池/燃料电池中同样扮演很重要的角色，它可以在突然断电的情况下提供后备能量支持。许多公司开始生产超级电容器，表1.1给出了国外几家公司的产品参数。1.2.超级电容器分类及电极材料超级电容器的分类方式有很多种，最常见的是按照储能机理的不同分类，可以分为双电层电容器[7]和法拉第电容器两大类。双电层电容器储存电荷是依靠电极和电解质界面的双电层来实现，这些过程仅仅是表面电荷的静电积累，如图1.1。双电层电容于电极材料粒子，例如碳颗粒和电解液界面上，碳颗粒电荷积累，带有相同电荷的电解质离子向电解液一侧迁移以形

4、成电中性。电极/电解液界面没有电荷传递，也没有剩余电荷交换发生。这就表明，双电层超级电容器在充放电过程中电解液浓度保持不变，能量以这样的方式存储在双电层界面。双电层电容器电荷储存过程高度可逆，也使其循环稳定性非常好，充放电次数是电池望尘莫及的。所以双电层电容器一般应用于无人区，例如深海和高山环境。当前，最有工业化潜质的电极材料是碳材料，有着取材广、成本低、环境友好、导电性好、化学稳定性好等诸多优点。碳材料存储电荷主要靠电极与电解液界面形成的双电层而不是储存在材料内部，所以碳材料容量很大程度取决于电极与电解液离子的接触面积。一般碳材料表现出良好的双电层电容特性，其循环

5、伏安曲线呈现出很好的矩形，恒电容充放电呈三角对称型。碳材料以双电层充放电形式储能时，由于制造工艺及类型的不同，其比容量大致在15-50μF•cm-2之间，如果按平均25μF•cm-2来算，对于1000m2•g-1的碳材料来说，比容量应为250F•g-1，但事实上并非如此。[1,8]影响碳材料电化学性能的因素包括孔径分布、孔结构和形状、比表面积、电导率和表面官能团等等。其中比表面积和孔径分布是碳材料最重要的影响因素。Con400美国PE公司电子天平BT224S北京赛多利斯仪器系统有限公司电热蒸馏水器YN-ZD-2上海

6、博迅实业有限公司医疗设备厂2.2试验方法本文采用改进Hummers[69]法制备氧化石墨烯，具体步骤如下：分别称取1g天然石墨、0.5g硝酸钠、3g高锰酸钾待用，使用低温水浴槽将盛有30mL浓硫酸（98%）的圆底烧瓶冷却至0oC，期间应使用机械搅拌对溶液进行缓慢搅拌。首先向圆底烧瓶中加入硝酸钠，搅拌30min以上，待硝酸钠完全溶解后加入天然石墨，搅拌20min。待石墨分散均匀后加入高锰酸钾，加入速度要缓慢并加强搅拌，搅拌时间为2h。此时溶液呈暗绿色，此步为低温反应。然后，将圆底烧瓶转移到35±3oC的水浴锅中，剧烈搅拌30min，此时溶液中有气泡冒出，

7、悬浮液逐渐粘稠并呈褐灰色。此步为中温反应。中温反应结束后，将圆底烧瓶转移至80oC水浴锅中，并缓慢加入46mL去离子水，过程要慢防止悬浊液局部过热。添加完成后在此温度下剧烈搅拌20min。此时悬浮液呈棕色，此步为高温反应。最后将悬浮液稀释至400-500mL，冷却至室温后加入H2O2，悬浮液转变为亮黄色，经过离心分离洗涤得到氧化石墨。氧化石墨经过超声处理后制得氧化石墨烯分散液，记为GO。第3章氢氧化镍复合氧化石墨烯.......223.1镍掺入量的选择.......223.1.1SEM和EDS测试.......223.1.2充放电测试.......253.2氢氧