介孔化和空心化製備氧化鎳超級電容器的研究

《介孔化和空心化製備氧化鎳超級電容器的研究》是依託四川大學，由劉昉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：介孔化和空心化製備氧化鎳超級電容器的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉昉
• 依託單位：四川大學

項目摘要

氧化鎳是一種特殊的過渡金屬氧化物，能製成超級電容器，具有能量密度高、充電快、壽命長等優點，可用於電動汽車的儲能裝置。高分散和高比表面是過渡金屬氧化物電極電容材料取得高比容量的關鍵所在，介孔化和空心化則是達到這一目標的有力手段。本研究將採用不同類型的表面活性劑通過化學沉澱法製備具有介孔結構的前驅體，然後經焙燒得到介孔氧化鎳；並以多種糖類的水熱聚合物為模板製備具有核-殼結構的前驅體，然後經焙燒得到氧化鎳空心球。採用XRD、SEM、TEM、FTIR、氮氣吸附-脫附等手段對產物進行表征，通過循環伏安法和恆流充放電實驗評價其電化學性能，並進一步組裝成電池。研究表面活性劑誘導前驅體形成介孔結構和糖類水熱聚合物誘導形成空心結構的作用機理，探明形貌、結構等因素和界面現象影響氧化鎳超電容性質的規律及機理。這對合成介孔和空心材料的機理研究，實現材料的可控制備，發展超級電容器有重要的科學意義和參考價值。

結題摘要

尋找高效節能、低排放的動力能源或儲能裝置，是世界各國研究的熱點問題。超級電容器（又稱為電化學電容器）具有能量密度高、充電快、壽命長等優點，是一種理想的儲能裝置。超級電容器根據儲能機理可分為雙電層電容器和贗電容器（或稱法拉第準電容器），在相同電極面積下，後者的電容量和能量密度可以是前者的10-100倍。目前贗電容器電極材料主要為一些過渡金屬氧化物和導電聚合物，其取得高比容量的關鍵即是提高材料的比表面和分散性，將材料介孔化或空心化則是實現這一目標的有力手段。氧化鎳是一種價格低廉、環境友好的贗電容電極材料，本項目以硝酸鎳為鎳源、尿素為沉澱劑，通過採用不同模板劑（混合表面活性劑、碳質微球）實現了介孔氧化鎳和氧化鎳空心球的合成。在以混合表面活性劑（SDS/P123、CTAB/P123、SDS/CTAB）為模板合成介孔氧化鎳的研究中，重點研究了混合表面活性劑中組分混合類型和混合比例對最終產物氧化鎳的形貌和介孔結構的影響，並闡述了混合表面活性劑自組裝形成混合膠束（模板）並誘導前驅體形成穩定孔結構的作用機理。在以碳質微球為模板合成氧化鎳空心球方面，分別採用葡萄糖、蔗糖、澱粉為碳源在水熱過程中形成碳質微球模板，重點研究了不同工藝路線和原料物比例對形成氧化鎳空心結構的影響，並解釋了以碳質微球為模板製備具有多層空心結構的氧化鎳的形成機理。把所得氧化鎳製成電極，採用循環伏安法、恆流充放電法、電化學阻抗譜評價其電化學性能，結果表明本研究合成的氧化鎳具有較好的電化學穩定性和可逆性，其中以SDS/P123為模板製備的氧化鎳的比電容達278 F•g-1。並從微/介觀角度探索了影響氧化鎳電化學性能的機理。本研究對合成介孔材料和空心材料的機理研究，實現材料的可控制備，發展超級電容器有重要的科學意義和套用參考價值。