摘要: 在能源危机日趋严重的今天，超级电容器的安全、可靠、绿色环保等特点促使其成为当下热点研究，电极材料是影响超级电容器电化学性能的重要组成部分。目前，超级电容器研究重点仍然是开发寻找比电容高，能量密度和功率密度高，导电性好，结构稳定的电... 展开 在能源危机日趋严重的今天，超级电容器的安全、可靠、绿色环保等特点促使其成为当下热点研究，电极材料是影响超级电容器电化学性能的重要组成部分。目前，超级电容器研究重点仍然是开发寻找比电容高，能量密度和功率密度高，导电性好，结构稳定的电极材料。本论文将具有优越电化学活性的钒金属元素引入氢氧化镍层板成功合成了镍钒水滑石，再将其与高导电性的碳材料复合，组成结构稳定的复合材料，并研究其超电容性能，具体研究工作及结论如下: 1.采用共沉淀法合成一系列不同金属比例碳酸根插层的镍钒水滑石(NixV-LDH)，结构形貌表征结果表明，在氢氧化镍的层板掺入钒元素组成的镍钒水滑石，与氢氧化镍相比，层板结构的晶型更好，规整度更高。且随着水滑石中镍钒摩尔比的增大，层板逐渐变得规整。考察其电化学性能发现，钒元素的引入对氢氧化镍的电化学性能产生了良好的影响，且不同钒元素掺杂量的镍钒水滑石性能有差别，随着钒掺杂量增大，比电容逐渐增大，循环稳定性有所下降，其中Ni/V摩尔比为2∶1的镍钒水滑石比电容最高，在1A· g-1电流密度下比电容达到1096F·g-1，在5A· g-1的电流密度下连续循环充放电500次比电电容保留率在65％以上，循环稳定性和倍率性能较氢氧化镍有了很大的提升，大电流密度下性能良好，这归因于钒的引入促使电阻降低。 2.用共沉淀法将不同量的功能化碳纳米管与镍钒水滑石复合得到一系列不同复合比例的Ni2V-LDH/CNT复合材料。碳纳米管良好的导电性，结构稳定性与镍钒水滑石高比电容协同作用促成复合材料的良好电化学性能，随着碳纳米管加入量的增加，复合材料Ni2V-LDH/CNT比电容先增加后减小，这是因为碳纳米管贡献的是双电层电容，而水滑石贡献的是法拉第赝电容，复合材料的比电容主要取决于水滑石的贡献，增加一定比例导电性好的碳材料对水滑石比电容的提升是有帮助的，但是如果过量，会因为相对减小活性材料的比例而使比电容下降。三种比例复合材料中，当Ni2V-LDH/CNT质量比为80∶3时，比电容最高，循环稳定性和倍率性能最好。在5A·g-1电流密度下，比电容达到1125 F·g-1，充放电循环1000周后，比电容保持率为86％。 3.用传统的hummers法，通过控制氧化处理的温度和时间得到不同氧化程度氧化乙炔黑。然后通过共沉淀法在不同氧化程度的氧化乙炔黑表面原位生长镍钒水滑石得到四种NiV-LDH/C复合材料，通过结构形貌表征发现镍钒水滑石在乙炔黑表面成功生成，氧化程度低的乙炔黑锚定生成的水滑石片更分散，且片层较大，而氧化程度高的乙炔黑锚定生成水滑石片更聚集，片层小。四种复合材料在1MKOH电解液中均表现出良好的电化学性能，比电容呈现先增加后减小的变化规律，这是因为乙炔黑提高了材料的导电性，氧化乙炔黑的锚定作用缓解了水滑石片层易团聚，进一步改善电化学性能，但氧化程度太高的乙炔黑由于表面过多的含氧官能团又会重新团聚，其中在90℃处理1h得到的乙炔黑与镍钒水滑石复合电化学性能最优异，在5A·g-1初始比电容达到865.46 F·g-1，循环1000周后比电容分别保持89％;在9A·g-1初始比电容为703.94 F·g-1，电流密度充放电1000周电容保持70％，大电流密度条件下性能优异，与碳纳米管相比，氧化乙炔黑成本更低，对水滑石分散效果更明显，表现出更优异的性能。 收起