高性能镍基超级电容器电极材料的制备研究

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1、硕士学位论文高性能镍基超级电容器电极材料的制备研究作者姓名王兰学科专业材料加工工程指导教师张果戈副教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2015年6月Researchonhighperformancenickel-basedelectrodematerialforsupercapacitorADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangLanSupervisor：Assoc.Prof.ZhangGuogeSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TG146.

2、2学校代号：10561学号：201220116704华南理工大学硕士学位论文高性能镍基超级电容器电极材料的制备研究作者姓名：王兰指导教师姓名、职称：张果戈副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料加工工程研究方向：金属材料的表面处理论文提交日期：2015年4月20日论文答辩日期：2015年6月4日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：刘仲武委员：刘江文高岩车晓舟张果戈华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成

3、果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：3>*至-日期：M/A年石月^日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，艮P:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：=在____年解密后适用本授权书

4、。®，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版）电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“V”）作者签名：王£曰期：>#年仴4日指导教师签名：iff^日期：Z料B作者联系电话：『關电子邮箱：联系地址(含邮编）：摘要镍基材料因其拥有较高的理论比电容量、良好的循环寿命、经济环保等优点而被广泛应用在替代传统贵金属（RuO2、IrO2等）来制备超级电容器电极材料。阳极氧化法作为一种新型的制备镍基电极材料的方法，其制备过程灵活简单，制备出的电极材料为纳米的多孔结构，性能

5、优异。本课题组采用阳极氧化法制备的NiF2-Ni(OH)2海绵状多孔膜（简称PNC）比电容量较高，然而其循环寿命和充放电速率尚有待改善，因此本论文的研究目标有如下两个：（1）在不降低PNC比电容量的基础上改善其循环寿命；（2）进一步提高电极材料的充放电速率。本文通过研究分析PNC充放电过程中膜层的结构、形貌与成分的变化发现：由NiF2转化生成的Ni(OH)2与阳极膜结合不牢固和充放电过程中膜层颗粒长大（比电容量下降）是导致PNC电容量衰减的根本原因。镍基材料导电性不好是导致充放电速率不高的关键因素。为了消除NiF2对电极材料循环寿命的不利影响，本文对PNC进行了一系列退火处理，研究发现

6、退火温度必须≥400℃，NiF2才能完全转化成NiO。阳极氧化膜在400℃下退火处理1h后，在100mV/s的扫描速率下经2000次循环伏安测试，容量无任何衰减，但是比电容量有所下降。接着对退火实验进行优化，当样品在600℃的高温下短时退火4min，PNC转变成多孔结构的NiO（简称NNO），其比电容量与PNC相当，NNO在33.33A/g的电流密度下经2000次恒流充放电测试，容量呈现缓慢增长的趋势，变化较为稳定。虽然NNO的性能较好，但是其充放电速率较之PNC并没有太大的改善。本文采用水浴处理对NNO进行Co的掺杂来改善镍基阳极氧化膜的导电性，以达到提高充放电速率的目的。制备了纳米

7、多孔结构的Ni-Co电极材料（简称NNO/Co），其比容量高达1411.9F/g（100mV/s），经过2000次CV测试后，容量无任何衰减，体现了优异的循环使用寿命。然而仅仅在充放电初始阶段，NNO/Co的充放电速率稍有改善，随着充放电的进行，其充放电速率并没有得到提高，具体原因和改进措施还有待进一步探讨研究。关键词：超级电容器；阳极氧化；退火；纳米多孔NiO；Co掺杂IAbstractNickel-basedcompoundslikenic