层状双金属氢氧化物超级电容器电极材料的制备和电化学性能研究.pdfVIP

层状双金属氢氧化物超级电容器电极材料的制备和电化学性能

研究

层状双金属氢氧化物（LayeredDoubleHydroxide,LDH）是一种理想的超级

电容器电极材料,这是因为其大的理论比表面积可以提供一定的双电层电容,同

时其片层上的过渡金属元素可以作为电化学反应的活性位点,提供较大的赝电容。

但是,由于LDH片层之间氢氧键的作用,导致LDH材料经常会发生团聚,而且LDH

的导电性较差,这些都会影响它的电化学储能性能。

针对LDH的团聚问题,本文基于微/纳结构设计的思路,构筑由LDH纳米片构

成的空心微米球,获得了具有大比表面积的电极材料结构,暴露更多可以与电解

质接触的活性面积,从而充分利用其高的赝电容。针对LDH导电性较差的问题,

本文通过将LDH与导电性能较好的掺氮还原氧化石墨烯复合,构筑分级

（Hierarchical）纳米复合材料,既能够增加复合材料的导电性,也能够一定程度

上抑制LDH的团聚,达到协同提升其电化学性能的目的。

本论文主要内容如下:1.结合溶胶-凝胶法和相分离,以聚氧化乙烯

（Polyethyleneoxide,PEO）作为软模板,制备得到了尺寸均匀的A1203空心微

米球。然后以此空心微米球作为硬模板,通过微波辅助水热法,制备得到了

NiAl-LDH空心微米球。

详细探究了水热温度和反应物比例对最终产物形貌的影响,获得了产物形貌

及其电化学性能之间的关联关系,并确定了最佳的反应温度和反应物比例。该

LDH空心微米球成功保留了A1203模板的高比表面积和适当的孔径等优点,具有

高的比电容（lAgsub1/sub时达到了1578Fg-1）和优异的循环稳定性（20A

g-1下循环10000次后比电容保留率为93.75%）。

此外,基于此LDH空心微米球作为正极组装的非对称超级电容器可以实现20

Whkg-1的高能量密度。2.以三聚氰胺作为氮源,通过简单的加热处理,成功实现

了对石墨烯的氮掺杂。

然后使用微波辅助水热法,得到了NiCo-LDH/掺氮还原氧化石墨烯纳米复合

材料。通过氮掺杂,实现了石墨烯基板的亲水性和导电性的提升。

通过调控石墨烯的掺氮水平,实现了不同密度的LDH的调控沉积,并研究了

上述参数对复合电极材料电化学性能的影响规律。该复合电极材料具有很高的比

电容（3Ag-1时达到了1720Fg-l）和很好的循环稳定性（20Ag-1下循环

10000次后比电容保留83%）。

此外,基于该复合材料作为正极组装的非对称超级电容器的最大能量密度可

以达到31.2Whkg-1。