MgCo_(2)O_(4)@Ni(OH)_(2)纳米针的制备及其超电性能研究

采用水热和电沉积方法成功合成出超级电容器MgCo_(2)O_(4)@Ni(OH)_(2)(MCON)电极材料。在导电基底泡沫镍上,絮状的Ni(OH)_(2)包覆着针状的MgCo_(2)O_(4),改善了母体材料的结构,构成了有效的电连接,从而增强导电性能。电化学性能测试表明,该MCON表现出优秀的电化学性能,其在1 mA/cm^(2)的电流密度下,比电容高达2635.4 F/g,容量提高了72.4%,且以14 mA/cm^(2)循环1000周次后比电容保持原有容量的91.2%。将MCON与活性炭分别以正极和负极组装成非对称超级电容器,其在电流密度1 A/g下,比电容达91.8 F/g。另外,该非对称超级电容器在功率密度为2.1 kW/kg下,能量密度为28.7 Wh/kg,同时点亮红色发光二极管时长高达25 min。研究结果表明设计复合材料拥有较强的储能能力,适合作为超级电容器电极材料。

集成有CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的电解析氢自支撑薄膜催化剂

氢气是一种重要的能量储存载体.通过电解水析氢的方式,可以将其他可再生能源转化为电能,并以化学能的形式储存于氢气中.为了提高电解析氢过程的能量转化效率、降低能耗,需要高活性的析氢催化剂.这些催化剂不仅应具有巨大的比表面积,还应具备适中的氢吸附能和较强的解离水的能力.铂基催化剂在电解析氢方面展现出了显著的优势,而同族的镍基催化剂因其高性价比而备受关注.然而,在电解析氢过程中,镍基催化剂存在氢吸附强度高和解离水能力弱两个重要缺陷,这导致析氢过程动力学不理想.因此,本文的研究思路是探索如何在镍基催化剂中引入功能性组分,以平衡氢吸附能和催化水解离的能力,从而实现析氢性能的提升.研究表明,碳纳米管(CNTs)可以改善催化剂的电解析氢性能,而Ni(OH)_(2)则可以提升催化剂解离水的能力.因此,本文采用复合电沉积法制得CNTs-Ni薄膜,并通过原位氧化在其表面形成Ni-Ni(OH)_(2)异质结构,构建了包含CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)两种功能组分的CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)薄膜.该薄膜展现出与Pt/C相当的析氢活性和更出色的稳定性.微观形貌分析显示,CNTs的引入使CNTs-Ni薄膜具有复杂的三维结构,镍以高度褶皱的微球形态均匀负载在CNTs表面,形成巨大的比表面积.电化学测试和模拟计算结果证实,CNTs-Ni薄膜的析氢活性较纯镍有显著提高,这归因于其巨大的电化学活性面积以及CNTs对析氢过程动力学的积极影响.当优化沉积时间和CNTs表面镍的负载量时,CNTs-Ni薄膜的电化学活性面积和析氢活性均得到显著提升.进一步氧化处理后,通过X射线光电子能谱和X射线衍射等测试手段证实了Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的形成,并观察到电化学活性面积的增大和析氢活性的改善.此外,深入研究发现,随着氧化时间的延长,单位电化学活性面积上的析氢活性出现下降.结合析氢过程的背景电流分析推测,在析氢过程中CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)表面发生氢氧化镍的还原,重新生成的镍活性位点对提升析氢过程动力学起到关键作用.但过长的氧化时间可能会破坏镍活性位点的再生.基于此理论构建的计算模型验证了CNTs和异质结构对析氢活性的协同增强作用,使氢的吸附自由能达到理想值,理论上氢在复合薄膜表面的析出过电位接近于0 V.因此,在碱性溶液中,集成有CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)析氢催化剂表现出优异的性能,其氢气起始析出电位为0 V,当阴极电流密度分别为10和50 mA/cm^(2)时,析氢过电位也仅为65和109 mV.综上所述,本文通过复合电沉积和原位氧化的方式获得了CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)自支撑析氢催化剂,不仅体现出明显的几何效应,而且也对析氢过程的动力学产生了积极影响.这种整合多种功能性组分的方式,为未来设计和制备高活性、高性价比的电解析氢材料提供了新的思路.

Ni(OH)_(2)基复合材料的制备及其在超级电容器方面的进展

超级电容器是一种很有前途的电化学储能系统,合理设计和构建高比电容材料,对于超级电容器技术的发展至关重要。具有高化学稳定性、高理论容量、高速率性能等优点的Ni(OH)_(2)材料在近年引起了广泛关注。然而,其实际测试性能(尤其是速率能力)通常远低于理论值,这可能归因于活性位点的可接近性受限、反应动力学缓慢或电子转移能力不足,严重阻碍了其的实际应用。研究人员试图打破Ni(OH)_(2)固有结构的限制,探索提升其性能的方法。本文综述了Ni(OH)_(2)及其复合材料的制备方法:溶剂热法、电沉积法、化学沉积法、微波水热合成法等,并将其应用于超级电容器方面的进展进行了总结。此外,本文指出了Ni(OH)_(2)及其复合材料应用于超级电容器所面临的挑战和前景,以满足现代社会的应用需求。

电沉积法制备Cu(OH)_(2)/Ni-Co-S复合电极及储能特性研究

本文采用两步电沉积技术,以泡沫铜为基底,原位制备了Cu(OH)_(2)/镍钴双金属硫化物(Ni-Co-S)复合电极材料。先采用恒电流沉积技术将泡沫铜表面氧化,得到Cu(OH)_(2),泡沫铜同时作为电极基底和铜的唯一来源,再通过恒电位沉积,将Ni-Co-S均匀覆盖在Cu(OH)_(2)表面。Cu(OH)_(2)一方面作为活性电极组分参与氧化还原反应,同时作为底层材料,为顶层Ni-Co-S的沉积提供较大的沉积空间,进而形成了更丰富的电化学活性位。基于这种原位电沉积技术以及Cu(OH)_(2)与Ni-Co-S组分的协同作用,Cu(OH)_(2)/Ni-Co-S复合电极表现出增强的赝电容特性,在2mA·cm^(-2)的放电电流密度下,比容量为4.88 F·cm^(-2),库伦效率为88.12%,5000次充放电循环后,比容量保持在初始值的86.38%。

协同组装3D Ni(OH)_(2)/石墨烯薄膜电性能研究

通过电化学剥离协同制备了3D Ni(OH)_(2)/石墨烯复合电极薄膜材料,高品质石墨烯均匀地生长在三维Ni(OH)_(2)表面,电化学性能测试表明,在2 m A/cm^(2)电流密度条件下,该电极薄膜具有优异的比电容(266 m F/cm^(2)),经过1万次的连续充放电循环测试仍然保留94.1%的容量性能。该方法为大规模生产新型高性能电极薄膜材料提供了一个简单的制备策略。

高密度锂离子正极材料前驱体Ni_(0.8)Co_(0.2)(OH)_2的制备

采用二次干燥的化学共沉淀法制备出了高密度锂离子正极材料前驱体Ni0.8Co0.2(OH)2,研究了反应物浓度、反应温度、滤饼含水量、以及烘干方式等因素对振实密度的影响。实验结果表明:反应温度保持50℃,NiSO4浓度为1.66mol/L,并且控制一定的滤饼含水量,可得到振实密度为2.23g/cm3的非球形Ni0.8Co0.2(OH)2粉末。XRD分析表明,采用该法所制备的一系列Ni0.8Co0.2(OH)2均为六方层状的β型结构,并且晶体结构规整。充放电测试表明以此高密度前驱体Ni0.8Co0.2(OH)2与LiNO3反应制得的LiNi0.8Co0.2O2材料具有良好的电化学性能。

以球形α-Ni_(0.8)Co_(0.2)(OH)_2制备锂离子电池正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2

ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２是很有希望取代ＬｉＣｏＯ２的新一代锤离子电池正极材料．采用控制结晶法合成球形 α－Ｎｉ０．８Ｃｏ０．２（ＯＨ）２为前驱体，与 ＬｉＯＨ·Ｈ２Ｏ混合，在７００℃通Ｏ２热处理４ｈ合成锂离子电池正极材料ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０２Ｏ２粉末．Ｘ光衍射分析表明合成的ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２粉末结晶良好，具有规整的α－ＮａＦｅＯ２层状结构．扫描电镜分析表明粉末颗粒呈球形，粒径约８μｍ．粉末的流动性好，堆积密度高．充放电测试表明，合成的 ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２正极材料具有优良的电化学性能：首次充电比容量为１９７ｍＡｈ·ｇ－１，放电比容量为１７４ｍＡｈ·ｇ－１，１０次充放电循环后保持初始放电比容量的９６．６％．

具有3个次级晶格结构的钛酸盐晶体[Ni(OH)1．115(H2O)0.885]1.22(Ti1.73O4)·1．65H2O的合成

以K0.81Li0.27Ti1.73O4为前驱物,通过水热方法合成出一种新型多晶格化合物[Ni(OH)1.115(H2O)0.885]1.2.2(Ti1.73O4).1.65H2O.应用XRD,IR,TG-DTA和TEM等测试方法对该化合物进行了表征.结果表明,在该化合物中,TiO2层和Ni(OH)2层沿c方向交替堆积,分别形成3个次级晶格.其中TiO2次级晶格属于正交晶系,其可能的空间群是Pmmm,晶格参数a=0.3875 nm,b=0.2976 nm,c=2.288 nm和α=β=γ=90°.另外2个Ni(OH)2次级晶格具有相同的大小和对称性,晶格参数a=b=0.3140 nm,c=2.288 nm,α=β=90°,γ=120°.TiO2次级晶格和Ni(OH)2次级晶格在ab平面二维方向上不匹配.

Y_2O_3对α-Ni_(0.8)Co_(0.05)Al_(0.15)(OH)_(2.2-0.5y)(CO_3)_y·xH_2O高温电化学性能的影响

为了改善α-Ni(OH)_2的高温性能,采用共沉淀法合成了α-Ni_(0.8)Co_(0.05)Al_(0.15)(OH)_(2.2-0.5y)(CO_3)_y·xH_2O并用XRD、FTIR、SEM和CT等进行表征。样品掺加了不同量的Y_2O_3后,作为正极材料制备MH/Ni模拟电池,在不同温度下用恒电流充放电、CV测定其电化学性能。结果表明:60℃时在0.2、1、5 C充放电下,掺加Y_2O_30.4%～1.2%能使α-Ni_(0.8)Co_(0.05)Al_(0.15)(OH)_(2.15-0.5y)(CO_3)_y·xH_2O的放电比容量分别提高24.4%、17.5%和20.5%,并改善了高温放电电位。

Pr_6O_(11)+Yb_2O_3对α-Ni_(0.8)Co_(0.04)Al_(0.16)(OH)_(2.2-2y)(CO_3)_y·zH_2O正极材料的改性

为了改善配位共沉淀法合成的α-Ni0.8Co0.04Al0.16(OH)2.2-2y(CO3)y.zH2O在常温、高温下的充放电性能,样品经外掺不同比率的La2O3、Pr6O11、Sm2O3、Y2O3、Yb2O3、Lu2O3以及Pr6O11+Yb2O3后,作为模拟MH/Ni电池的正极材料,在不同温度下进行恒电流充放电测定.结果表明,复合掺加1.0%Pr6O11+1.0%Yb2O3,在0.5C和5C充放电下,30℃时可分别提高样品的放电比容量5.7%和8.3%,60℃时可分别提高18.2%和26.9%.高温放电电位也得到改善.通过充放电曲线、循环伏安和Tafel曲线测定探讨了电化学性能改善的可能机理.

NiSe_(2)/Ni(OH)_(2)/TM异质一体电极促进碱性析氧

低廉、高效稳定的催化电极对碱性电解水意义重大。利用水热法在钛网(TM)上原位构筑前驱体Ni(OH)_(2),通过固相硒化法在350℃对前驱体进行不同时长的硒化反应,制备出NiSe_(2)/Ni(OH)_(2)/TM异质一体电极。利用XRD、XPS对电极的物相和表面元素价态进行分析;通过SEM和TEM对电极的形貌和元素分布进行表征。并在1 mol/L KOH电解液中对电极进行电催化析氧性能测试。XRD和SEM分析证实了电极的物相和形貌依赖于硒化时间。电化学测试结果显示了电极的形貌对催化性能的影响较大。硒化2 h所得到的NiSe_(2)/Ni(OH)_(2)/TM电极具有最佳的异质形貌和最优的碱性析氧性能,驱动10 mA/cm^(2)电流密度仅需285 mV的过电位,Tafel斜率为50 mV/dec,100 h的恒电压测试中电流密度衰减率为16%。粗糙的表面显著地增多了有效活性位点,强化了异质界面上不同物种间的协调作用,中间产物的转换速率和电子的转移速率得以加快;该电极表现出优异的催化活性和耐久性。

纳米β-[Ni_0.95Co_0.02Zn_0.03(OH)_2]的合成和电化学性能

乙酰丙酮配位共沉淀法合成纳米b-[Ni0.95Co0.02Zn0.03(OH)2]、纳米b-[Ni0.95Co0.05(OH)2]、纳米b-Ni(OH)2。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)等对其组成、结构、形态进行表征,同时测定样品的电化学性能,并与球型微米b-[Ni0.95Co0.02Zn0.03(OH)2]比较,结果表明,纳米b-[Ni0.95Co0.02Zn0.03(OH)2]的放电比容量有所提高,大倍率放电性能较好,充放电可逆性也有所改善。

交流电电解制备NiO-Ni(OH)_(2)/石墨片及其电性能研究

分别以镍条和石墨棒为电极、氢氧化钠为电解液,施加交流电进行电解合成NiO-Ni(OH)_(2)/石墨片复合材料.通过XRD、SEM及(HR)TEM等对该材料进行物性表征,并研究其用作超级电容器电极的电化学性能.结果表明,经电解进入溶液中的镍离子以NiO和Ni(OH)_(2)两种晶体形式,颗粒尺寸约为70 nm均匀分散在被剥离成石墨片形成的微米束中.该复合材料做成的电极表现出优异的电化学综合性能,当充放电电流密度为20 A/g时,比容量高达1142 F/g;经2000次充放电循环后,容量保持率接近96%.材料优异的电化学性能归功于活性物质镍氧化合物颗粒纳米化以及石墨片层形成的微米束为离子和电子传输提供快速通道.

镍钴铝酸锂前驱体Ni_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)(OH)_2洗涤降硫工艺

采用Na_2CO_3溶液洗涤镍钴铝酸锂前驱体Ni_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.05)(OH)_2以降低杂质S含量,研究了c(Na_2CO_3)和洗涤温度对降S效果的影响。在c(Na_2CO_3)=0.5 mol/L和洗涤温度为70℃的洗涤工艺条件下,S含量可以控制在8×10^(-4)以内,并且前驱体Al含量保持稳定,优于Na OH溶液洗涤效果。此外,采用Na_2CO_3溶液洗涤也未影响到前驱体的粒度分布、微观形貌和晶体结构。因此,采用Na_2CO_3溶液洗涤是一种非常有效的洗涤降硫方法。

Co(OH)2包覆LiNi0.85Co0.10Mn0.05O2的电化学性能

用氢氧化亚钴[Co(OH)2]包覆高镍三元正极材料LiNi0.85Co0.10 Mn0.05O 2,控制烧结温度,使Co(OH)2分解为四氧化三钴(Co 3O 4)。半电池测试显示:包覆材料首次循环的放电比容量为202.4 mAh/g、库仑效率为87.7%,均高于未包覆材料。全电池测试显示:包覆材料制备的电池高温(45℃)循环性能更好,以0.50 C充电、1.00 C放电在2.80~4.20 V循环300次,容量保持率为93.3%,而未包覆材料制备的电池为90.2%。电位滴定和SEM分析表明:包覆的Co(OH)2在烧结过程中能与LiNi0.85Co0.10Mn0.05O2的表面残碱(LiOH/Li 2CO3)反应,降低表面残碱含量。XRD测试显示:包覆材料的Ni/Li混排降低,微观应变减小。电化学阻抗谱显示:包覆材料的电荷转移阻抗降低,因此具有更好的电化学性能。

锂离子电池用正极材料Li_xCo_(0.8)Ni_(0.2)O_2

在控制结晶工艺合成Co0 .8Ni0 .2 (OH) 2 的基础上制备了锂离子电池正极材料LixCo0 .8Ni0 .2 O2 。能量散射谱分析结果表明活性材料中Co、Ni元素分布均匀。由于在控制结晶合成的前驱体Co0 .8Ni0 .2 (OH) 2 中 ,Co、Ni均匀分布在M (OH) 2 中的M层 ,因此可以避免形成一般固溶体发生扩散性重组所需长时间的煅烧过程。扫描电子显微镜分析了表微观形貌的变化。X光衍射分析表明LixCo0 .8Ni0 .2 O2 为单一相的α -NaFeO2 层状结构 ,不存在其它杂相 ;晶胞参数a和c随x变化经历了由小到大再变小的过程 ;c/a则经历了一个由大到小再变大的过程。

无钴镍基正极材料LiNi_(0.8)Mn_(0.2)O_2的制备及电化学性能研究

采用共沉淀法合成球形前驱体Ni（0.8）Mn（0.2）（OH）2,混合LiOH·H2O通过高温烧结制备出锂离子电池镍基正极材料LiNi（0.8）Mn（0.2）O2。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重-差热分析（TG-DTA）以及恒电流充放电测试对材料进行表征,研究了烧结温度和烧结气氛对材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明：800℃纯氧气氛（0.6L/min）下煅烧12h合成的材料晶型完整,是典型的六方晶系α-NaFeO2型结构;SEM测试显示材料平均粒径在10μm左右;电化学性能测试显示材料在25℃、2.75-4.20V、0.2C充放电条件下,首次放电比容量达173.6mAh/g,循环95次后,容量保持率达90.73%。

锂离子二次电池正极材料LiAl_yCo_(0.2)Ni_(0.8-y)O_2的合成及其电化学性能研究

用固相反应法合成了锂离子二次电池正极材料LiAlyCo0.2Ni0.8-yO2(y=0,0.001,0.005,0.01,0.03),采用XRD、SEM、ICP-AES、差分计时电位法和充放电循环等对合成的材料的物理化学性质以及电化学性能进行了测试分析。结果表明所合成的产物均为α-NaFeO2型的层状结构,产物无杂质相,产物的表面形貌规则,颗粒大小均匀。实验结果证明经过Al掺杂后的材料的放电电压平台有所提高,容量也有所上升。并且随着Al含量的增加,材料在电化学充放电过程的结构稳定性在上升,因此电化学稳定性得到了提高。实验结果还表明低含量Al元素的掺杂既提高了LiNi0.8Co0.2O2的放电容量,又提高了其循环可逆性,使材料的容量保持率显著提高。

电解Co_(0.2)Ni_(0.8)合金制备LiCo_(0.2)Ni_(0.8)O_2的研究

利用电解钴镍合金制得Co0.2Ni0.8（OH）2中间产物,然后根据钴镍含量与LiOH·H2O固相反应制得了LiCo0.2Ni0.8O2。通过X光衍射和扫描电镜测试表明,所得的锂离子正极材料LiCo0.2Ni0.8O2结构纯正,粒度分布集中;对其进行充放电实验表明,放电容量比较高,首次放电容量达到156mAh/g,循环20次后容量仍保持在146mAh/g。该法可大大降低制备锂离子正极材料的生产成本,具有十分广阔的应用前景。

高密度锂离子正极材料前驱体Ni0．8Co0．2-xAlx(OH)2的制备

采用二次干燥的化学共沉淀法制备出了Co-Al共掺杂的高密度锂离子电池正极材料前驱体Ni0.8Co0.2-xAlx(OH)2(X=0,0.05,0.1,0.15,0.2).研究了不同Co-Al的掺杂比例,NaOH溶液的浓度、滴定速率、烘干方式等因素对前驱体振实密度的影响.XRD分析表明,不同掺杂比例的Ni0.8Co0.2-xAlx(OH)2均为六方层状的β型结构,晶型结构规整.充放电测试表明以此前驱体与LiNO3反应制得的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料具有良好的电化学性能.