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

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1、分类号：TG146密级：UDC：620编号：201421803021河北工业大学硕士学位论文柔性纳米多孔镍/氧化镍复合电极的制备及其储能特性的研究论文作者：胡庆丰学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料加工工程指导教师：秦春玲职称：教授资助基金项目：本研究获得国家自然科学基金(51671077)和河北省自然科学基金(E2016202212)资助DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsProcessingEngineeringFABRICATIONANDENERG

2、YSTORAGECHARACTERISTICSOFFLEXIBLENANOPOROUSNi/NiOCOMPOSITEELECTRODESbyHuQingfengSupervisor:Prof.QinChunlingMay2017ThisworkwasfinanciallysupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(51671077)andtheNaturalScienceFoundationofHebeiProvince,China(E2016202212)摘要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

3、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(NanoporousNi/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

4、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0.05M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

5、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1A/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730F/cm3、806F/cm3和177F/cm3；电流密度从1A/cm3升至128A/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。关键字：

6、镍基非晶合金，自由脱合金，np-Ni/NiO复合材料，柔性电极，超级电容器IABSTRACTWiththerapiddevelopmentofsuper-capacitors,nanoporousmetalasanewtypeofsuper-capacitorselectrodematerialshasbecomeahotresearchtopic.However,mostofthenanoporousmetalsarebrittle,easytobreak,andcannotmaintainmechanicalintegrityinastateofhighcurvature.In

7、thepresentthesis,wereportanintegratednanoporousnickel/nickeloxide(np-Ni/NiO)compositeelectrodematerialssynthesizedbychemicaldealloyingtheductileNi-basedmetallicglasses(MGs)ribboncoupledwithnaturaloxidation.Theinneramorphouslayeroftheduc