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。

B掺杂量对NiO/Ni(OH)2电极材料赝电容性能的影响

超级电容器在储能装置中占有重要的地位,近年来得到了广泛应用。影响超级电容器性能最重要因素是电极材料,而掺杂硼的镍基氧化物/氢氧化物复合电极材料具有优异的电化学性能。在柔性铜片上先化学镀再电化学原位氧化制备出4种不同B掺杂量的NiO/Ni(OH)2电极材料,扫描电镜(SEM/EDX)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)测试结果揭示电极材料表面呈微米微球结构,主要由NiO和Ni(OH)2构成,B以氧化物的形式掺杂,其中化学镀液中硼氢化钠添加质量分数为2%时制备的NiO/Ni(OH)2(2B)电极材料样品实现最高B掺杂量,质量分数可达15.7%;电化学测试结果显示随着电极材料中B掺杂量的提高,其比电容增加,循环性能更优异,原因是电极材料表面含B时能增加其与电解液的接触和润湿作用,降低表面电化学反应的电荷传递电阻,从而加速表面电化学反应,表现出较高的比电容。特别地NiO/Ni(OH)2(2B)在1 A·g^(-1)的充放电电流密度下比电容可达3.6 F·g^(-1),经历10 000次循环充放电后比电容维持率189%,在4种电极材料中具有最好的电化学性能。

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。

Ni(OH)_2和NiO电极材料的原位制备与性能的研究

采用原位水热生长法在泡沫镍基底上制备了β-Ni(OH)2纳米盘并通过煅烧获得NiO,均可以直接作为工作电极。利用XRD和SEM对样品进行了表征,并进行了电化学性能测试,结果表明我们所制备的Ni(OH)2电极在2 M KOH溶液中2.5 A/g的放电电流密度下,比容量达1495 F/g,通过煅烧得到的NiO,同样可以作为电极材料。

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.

表面状态对B掺杂NiO/Ni(OH)_(2)电极材料赝电容性能的影响

超级电容器在储能装置中占有重要地位,近年来得到了广泛的应用。影响超级电容器性能最重要的因素是电极材料,而掺杂硼的镍基氧化物/氢氧化物复合电极材料具有优异的电化学性能。为了研究表面状态对这类复合电极材料性能的影响,在柔性薄铜片和泡沫铜2种基体表面采用先化学镀NiB再原位电化学氧化的技术制备出了2种B掺杂NiO/Ni(OH)_(2)电极材料。扫描电子显微镜、X射线衍射及X射线光电子能谱表征分析表明,柔性薄铜片表面的电极材料呈现微米微球形貌,而泡沫铜表面的电极材料则主要分布在其三维网络结构的外壁上。电化学性能测试结果表明,泡沫铜表面电极材料的比电容比柔性薄铜片提高了约70倍,在1 A·g^(-1)的充放电电流密度下可达513.2 F·g^(-1),其原因在于相较于薄铜片基体,泡沫铜基体表面非常大的比表面积和较小的电极材料近表面电化学反应电荷传递电阻加快了电极材料在充放电过程中表面电化学反应的速度,从而增加了其比电容,同时也降低了B掺杂NiO/Ni(OH)2电极材料的循环性能。

Ni(OH)_2/SBA-15分子筛复合电极材料的制备与超级电容性能

以SBA-15分子筛为载体,采用简单化学沉淀法制备Ni(OH)2/SBA-15分子筛复合材料,用X射线衍射仪、SEM、TEM和电化学工作站等手段研究复合材料的物相和超级电容性能.结果表明,硫酸改性的SBA-15分子筛比纯SBA-15分子筛具有更高的均一性,孔道发生显著变化,比表面积增大.Ni(OH)2/SBA-15复合材料的表面形貌为纳米尺寸的蜂窝孔状结构,活性材料Ni(OH)2由层状结构的-αNi(OH)2构成.电化学性能测试表明,Ni(OH)2/SBA-15复合材料的比容量随着放电电流密度的增大而降低,随着SBA-15分子筛在复合材料中所占质量分数的增大而降低.采用硫酸改性SBA-15分子筛制备的Ni(OH)2/SBA-15复合材料比采用纯SBA-15分子筛制备的Ni(OH)2/SBA-15复合材料具有良好的超级电容性能和动力学性能,材料最高比容量为1 069 F/g.

珊瑚状Ag/Ni(OH)_(2)纳米复合电极的制备及其葡萄糖无酶传感

本文采用连续离子层吸附法在镍基底上制备珊瑚状Ag/Ni(OH)_(2)纳米复合电极,建立灵敏度优异的无酶葡萄糖传感器,采用循环伏安法(CV)和安培电流法(i~t)对该传感器的电化学特性进行了研究。结果表明,在0.5 V下,该传感器具有较好的电化学传感性能,其灵敏度为1102μA·mmol·L^(-1)·cm^(-2),线性范围为0.002 mmol/L~10.11 mmol/L,检出限为0.29μmol/L(S/N=3),且重复性好,抗干扰性强,重现性和稳定性好,这主要是因为银、镍纳米复合材料间的相互协同效应,比表面积增大,使其具有更多的活性位点,提高了电极的电化学性能。该传感器可用于检测葡萄糖注射液中葡萄糖的浓度,表明制备的Ag/Ni(OH)_(2)纳米复合电极具有检测葡萄糖的应用潜力。

Ni(OH)_2/C复合电极材料的合成及超电容性能研究

采用溶剂热法合成Ni(OH)_2/C复合电极材料,研究C对复合电极材料电化学性能的影响。测试结果表明,产物为片状不规则外观,且Ni(OH)_2未发生晶型结构改变,Ni(OH)_2/C复合电极材料表现出较好的电化学性能,首次放电比容量达到185.0 F·g^(-1)。当测试电流密度为0.5A·g^(-1)时,充放电循环200次后的比容量保持率为92.5%,说明复合材料具有较好的循环稳定性。

Ni(OH)_2/ACMS复合电极材料的合成及其超电容性能研究

以可溶性淀粉为原料,通过水热法和高温碳化得到活性炭微球(ACMS),然后与Ni(Ac)_2·4H_2O、LiOH溶液反应,得到Ni(OH)_2/ACMS复合电极材料。测试结果表明,最终产物具有球状规则外观,Ni(OH)_2均匀分布在其表面,XRD测试表明Ni(OH)_2晶型结构未发生改变。Ni(OH)_2/ACMS复合电极材料具有良好的电化学性能,首次放电比容量为223.0 F·g^(-1),在0.5A·g^(-1)测试电流密度条件下,充放电循环200次后的比容量保持率为90.0%,说明复合材料具有较优异的循环稳定性。

MnO_2/Ni(OH)_2@Ni复合电极材料的绿色制备技术

针对MnO_2/Ni(OH)_2@Ni复合电极材料制备工艺复杂的问题,提出快速温和的绿色制备技术.以MnCl_2·4H_2O、H_2O_2和泡沫镍为原料,水热体系下研究不同反应温度对MnO_2/Ni(OH)_2@Ni复合电极材料结构、电化学性能的影响.结果表明,在反应温度90℃、水热3h,成功在泡沫镍上沉积分布均一的MnO_2/Ni(OH)_2纳米片.测试结果表明,在该条件下制备的MnO_2/Ni(OH)_2@Ni电极材料展现出优异的电性能,即高的比容量(电流密度为2.5mA/cm^2,放电比容量为7.4F/cm^2)、好的倍率性能、好的循环稳定性(充放电循环500次,容量保持率为78%).

正极材料α-Ni(OH)_2的研究进展

α Ni(OH)2与球形β Ni(OH)2相比,具有电化学容量高、活性物质利用率高、循环可逆性好、可使活性物质中的Ni含量降低约30%等优点,具有环境、经济和社会意义。采用掺杂技术制备出的双氢氧化合物(LDH)具有与α Ni(OH)2相同的结构和特性,并且稳定性好,可作为电极材料使用。综述了国内外近年来LDH的制备方法、结构及性能方面的研究进展。

电化学氧化工艺对NiO/Ni(OH)2电极材料电容性能的影响

通过化学镀再电化学氧化的方法在铜片表面制备出带有微坑的均一NiO/Ni(OH)2电极材料,采用扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱和电化学技术对所制备的NiO/Ni(OH)2电极材料进行表征和电化学性能测试。结果表明,所制备的电极材料由Ni、NiO和Ni(OH)2组成,电化学氧化电解液中添加2种助氧化剂过硫酸钾和亚硝酸钠均能提高NiO/Ni(OH)2电极材料的比电容值50%~69%;在1 A/g的充放电电流密度下,2种助氧化剂存在下阳极氧化所制得的NiO/Ni(OH)2电极材料经历10000次充放电循环后分别给出了1410 F/g和1380 F/g的比电容,显示出良好的可逆性及电化学稳定性。化学镀表面的非晶组织和添加助氧化剂进行电化学原位氧化使得表面氧化物含量增大及致密性提高是其显示优异赝电容性能的主要原因。

自组装花状α-Ni(OH)_2和NiO的制备和表征

以硝酸镍为原料,尿素为沉淀剂,在不添加任何模板和表面活性剂条件下,采用均匀沉淀法制备出具有自组装结构的花状α型Ni(OH)2,并以其为前驱体,制得了同样具有花状结构的NiO。采用XRD、SEM、HRTEM、TG和低温液氮吸附技术对样品的晶相结构、表面形貌和孔径结构等进行表征。测试结果显示,所制备的样品是α型Ni(OH)2,比表面积是245.0m2/g,而且这些直径为4～6μm的花状Ni(OH)2是由许多纳米薄片相互组装而成。将花状Ni(OH)2在400℃焙烧2h即可获得具有花状结构的NiO,其比表面积为125.2m2/g。

通过添加水溶性材料提高Ni(OH)_2超级电容器的比电容

采用水热法将聚丙烯酰胺(PAM)和十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)作为软性模板合成样品Ni(OH)2-PAM,Ni(OH)2-CTMAB和Ni(OH)2.在PAM和CTMAB的作用下,合成出来的样品有了更多的介孔,并且展现出了较宽的尺寸分布.通过扫描电镜(SEM)可以观察到不同的形貌.Ni(OH)2-PAM和Ni(OH)2-CTMAB基电极在1 A/g的放电密度下的比电容分别是1200 F/g和757 F/g,这大大地高于没加水溶性材料合成的Ni(OH)2样品基的电极的比电容,只有113 F/g.因此,适当的添加一些水溶性材料能够提高电极材料的电化学性能.

Ni(OH)2与不同碳质材料复合制备超级电容器电极材料研究进展

超级电容器具有功率密度大、寿命长、生产成本低等优点,被认为是最有发展前途的储能系统之一。然而,超级电容器的低能量密度阻碍了其实际应用。由于存储的能量与CV2成正比,可以通过增加材料的电容"C"或操作电压窗口"V"或两者同时增加来提高超级电容器的能量密度。然而具有宽电位窗口的有机电解质离子往往电导率差,成本高,容易引起环境问题。因此为改善能量密度,应采用高比电容的电极材料,故而设计出具有高比电容的适合电极材料就成为研究热点。Ni(OH)2作为超级电容器电极材料,具有理论容量大、成本低、天然丰富、易于合成等优点,近年来备受关注。但由于Ni(OH)2导电率低、比表面积小,其容量劣化严重。碳质材料作为双电层超级电容器的电极材料,其能量存储机制取决于电极表面的电解质离子吸附和解离,具有导电率好、原料丰富、成本较低、电化学稳定性高等优点而应用广泛。因此,有必要将高导电碳质材料引入Ni(OH)2组成复合材料以提高电容性能。笔者综述了Ni(OH)2基材料的合成方法,特别是与碳质材料复合来提高Ni(OH)2基材料的循环稳定性和倍率性能方面的研究新进展。

掺钇球形Ni(OH)_2的合成及高温性能研究

通过络合沉淀的方法制得了含钇的球形Ni(OH) 2 ,研究了掺杂Y3 + 后的球形Ni(OH) 2 在不同温度下的充放电性能。试验结果表明 :常温下含钇的球形Ni(OH) 2 的放电比容量比普通球形Ni(OH) 2 稍低 ,但随着温度的升高 ,它的放电比容量要比普通球形Ni(OH) 2 高很多 ,一般在 2 5%以上。掺杂钇提高了球形Ni(OH) 2

Co取代Ni(OH)_2纳米粉体的制备、表征及电化学性能研究

本文利用固相反应制备了不同取代量的Co取代Ni(OH) 2 纳米样品。X射线衍射、透射电镜测试结果表明所得样品均为 β Ni(OH) 2 ,粒子呈球形 ,粒径大小在 4 0nm左右。TG DTA热分析结果表明 ,温度高于2 0 0℃时 ,Ni(OH) 2 开始不可逆的分解为NiO。循环充放电、循环伏安及Tafel极化等电化学测试结果表明适量Co的掺入 ,降低了电极内阻 ,提高了电极反应的可逆性 ,抑制了析氧过程的发生 ,提高了电极的充电效率 。

锌离子电池锰基正极材料研究进展

可充电水系锌离子电池是一种环保且电化学性能优异的二次电池,但锰基正极材料在充放电过程中结构易坍塌、导电率低、稳定性差等缺点严重制约了水系锌离子电池的发展。笔者首先阐述了锰基正极材料中锌离子的储存机理,主要有Zn^(2+)嵌入/脱出机理、H+/Zn^(2+)共嵌入/脱出机理和化学转化反应机理。Zn^(2+)嵌入/脱出机理包括无相变反应和新相生成反应。而新相生成反应又分为可逆相变和不可逆相变。然后,基于锰基正极材料面临的问题,讨论了改善其储锌性能的主要方法。目前可采用的方法包括缺陷工程、与导电材料复合、离子掺杂、表面修饰技术等。用以上方法改进后的锰基正极材料表现出了更加优异的性能。

Mg2Ni纳米材料的电化学性能

将机械合金化法制备的Mg2Ni纳米粉末与镍粉按照1：3的质量比混合均匀，逐滴加入约7％的聚四氟乙烯（60％）调制成浆状，均匀涂覆在泡沫状镍条的两面形成面积为10mm～10mm的区域，以20-60MPa压力压制成夹层电极。Mg2Ni纳米贮氢合金电极的电化学性能在CH1660B电化学工作站上进行。参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为Ni（OH）2／NiOOH。测试时将参比电极，辅助电极和工作电极浸没在6mol／L的KOH溶液中组成三电极系统。X射线小角散射实验在Philip X’pro衍射仪上进行，采用Cu靶K辐射，λ-0．154184nm。