钴酸镍的超电性能研究.docx

中文摘要

随着工业化的不断发展，不可再生能源储量不断减少，可再生能源技术不断发展，但是由于技术不成熟，在储存和运输过程中浪费大量的能源，可再生能源的储存逐渐成为制约经济发展的关键因素。超级电容器因为具备较好的电化学性质，逐渐成为近年来的热门研究项目。钴酸镍因为其制备方法简单，电化学性质稳定，绿色无污染等优点，可被大规模生产，在制备超级电容器电极方面具有广泛的应用前景。本文运用不同的方法制备钴酸镍，然后对钴酸镍进行进一步修饰。论文主要的内容如下：

1.比较不同制备方法所得到钴酸镍作为电极时的电化学性质。分别使用水热法、油浴法制备钴酸镍，通过

ZenniumPro工作站测定cv曲线，it曲线和eis，相较于油浴法制备的钴酸镍，水热法制备的钴酸镍无论是在电化学稳定性还是导电性都要更优越。

2.金属离子的修饰。用Ni2+含量10%和30%的铁盐，锌盐和铜盐进行修饰，测定cv曲线，it曲线和eis，其中在

1A·g-1的电流密度下，30%锌盐修饰过后的钴酸镍比电容达到了204C·g-1，比电容和导电性与未修饰的钴酸镍相比均得到了提升。

3.金属离子的进一步修饰。在水热法的基础上，用20%和40%的锌盐进行进一步修饰，比较之后30%Zn修饰的钴酸镍仍具有较好的电化学性质，说明用30%Zn盐在水热反应体系中对与钴酸镍进行修饰是提高钴酸镍电化学性质的一种潜在有效的方法。

关键词：超级电容器；钴酸镍;水热法；油浴法；修饰

文献综述

研究目的和意义能源安全对个人和政府来说都是头等大事。目前，化学能、太阳能、热能等能量都储存在电池中。但电池能量的储存和使用存在一定的局限性。虽然它们的能量密度较高，但功率密度较低。为了克服这个问题，我们可以考虑使用超级电容器。

超级电容器是一种介于传统电容器和化学电池之间的新型储能物质，因为利用电极材料的电化学反应进行储能，所以又被称为电化学电容器[1]。由于超级电容器具备储存能量高，充放电速度快，循环寿命高以及环境友好等特点[2]，逐渐成为可再生能源储存的主要方式

钴酸镍作为过度金属氧化物，作为电极时具有优秀的电化学性质，由于制备方式简单，原材料价格低廉和对环境友好，所以可被大规模生产，钴酸镍作为电极在绿色能源的储备和便携能源的储备方面具有广泛的应用前景。

国内外研究现状

1.2.1超级电容器的种类

目前市面上常见的超级电容器种类有很多，根据其作用的原理，可以分为双电测电容器、法拉第赝电容器和混合超级电容器等[3].

双电层电容器

德国物理学家Helmhotz在1879年首次提出超级电容器双电荷层的概念，双电层电容器就是建立在Helmbots的双电层理论上的一类超级电容器[4]。它的具体工作原理是：将两个电极加入加入电解质溶液，同时在两电极之间加入一个小于电解液分解电压的电压，此过程称为充电，在溶液间各种力的作用下，正电荷移动到负极，负电荷移动到正极，在两个电极表面形成电荷薄膜，称为双电层。当放电时，双电层上的电荷从电极上释放回到电解液中，电子通过负载从负极流向正极。

法拉第赝电容器

法拉第赝电容器的发展是在双电层电容器之后，它是在电极材料表面或体相的二维和准二维空间上，在外加电场的作用下发生的电活性物质的欠点位沉积，进而发生可逆的氧化还原反应，从而实现电容器的充放电[5]。法拉第赝电容器的主要原理：在外加电场的作用下，溶液中的正负离子发生迁移到达两侧电极表面，之后正负离子通过氧化还原反应储存到电极内部，此过程称为充电；当放电时，储存在电荷内部的正负离子通过充电过程的逆反应进入到电解质溶液中。

混合超级电容器

混合超级电容器是近年来通过不断改进超级电容器而获得的一种新型超级电容器[6]常见的混合超级电容器电极一侧为金属氧化物，作用原理和赝电容器类似；另一侧电极为碳材料，作用原理和双电层电容器。因为混合超级电容器能同时发生两种超级电容器的反应，因此能够大幅度提高超级电容器的能量和功率密度。

1.2.2超级电容器的发展历史

在超电的研究过程中，影响超电性能的关键因素是电解液和电极材料。其中，电级材料的电化学性质直接影响了超级电容器的电化学性质。超级电容器的发展历史实际上就是电极材料的发展历史。目前，广泛应用于超电的电极材料的主要为：多孔活性炭，金属氧化物及到导电聚合物[7]。

多孔炭材料

多孔炭是人类最早利用的超级电容器电极材料。1957年Beck发表了关于活性炭作为电极的相关专利[8]。目前作为超级电容器电机的材料主要有活性炭、碳纳米管、石墨烯、活性碳材料等，活性炭材料作为电极的优点主要有比表面积大、成本低、原料来源广等优点[9]，是由于碳材料的通病，即导电性差的原因，加上在保存过程中容易结块等原因限制了活性炭碳电极的使用[10]。碳纳米管，活性炭纤维虽然