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1、 毕业论文 论文题目（中文） NiCo2O4纳米片的电化学方法制备及其超级电容性能研究 论文题目（外文）Electrochemical synthesis of NiCo2O4_ nanosheets for supercapacitors NiCo2O4纳米片的电化学方法制备及其超级电容性能研究摘 要NiCo2O4是一种制备工艺简单的高性能超级电容器电极材料，将其生长在大比表面积的导电基底上更能体现其优秀的电容性能。在本研究中，我们首先采用电化学沉积的方法在三维多孔泡沫镍基底上生长了Ni-Co双氢氧化物，然后通过退火处理得到了片状的NiCo2O4纳米电极材料。我们利用扫描电子显微镜（SEM）
2、和X射线衍射（XRD）表征了NiCo2O4纳米片的形貌特征。通过恒流充放电(GCD)和循环伏安法(CV)对NiCo2O4电极材料的电化学性能进行了表征。测试结果表明：当沉积量达到0.24 mg时（窗口电压 -1 V沉积时间5 min）,获得的样品（NiCo2O4-5），具有最优的电化学性能，其在充放电电流密度为30 mA cm-2时，具有最高比电容值333.3 F g-1。这表明NiCo2O4纳米片是一种前景可观的超级电容器电极活性物质。关键词：NiCo2O4纳米片；泡沫镍；电化学沉积；超级电容器ELECTROCHEMICAL SYNTHESIS OF NiCo2O4 NANAOSHEETS
3、FOR SUPERCAPACITORSAbstractNiCo2O4 is a high-performance electrode material for electrochemical supercapacitors, which can be prepared by facile methods. It is desirable to grow NiCo2O4 on conductive substrate with high surface area material to reflect its excellent capacitive performance. In this s
4、tudy, we firstly prepared Ni-Co hydroxide nanosheets on nickel foam substrates by a facile electrochemical synthesis, and then the hydroxides turned into NiCo2O4 after an annealing process. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) were used to characterize the surface morpholog
5、y of the NiCo2O4 nanosheets. Galvanostatic charge-discharge (GCD) and cyclic voltammetry (CV) measurements were used to evaluate their capacitive performance. The results show that the sample with mass loading of 0.24 mg (-1 V，5 min) (NiCo2O4-5) can demonstrate the best electrochemical performance.
6、At the current density of 30 mA cm-2, the highest specific capacitance of the NiCo2O4-5 is 333.3 F g-1, which indicates that NiCo2O4 is a promising active material for supercapacitors.Key words: NiCo2O4 nanosheets; Nickel foam; Electrochemical deposition; SupercapacitorIII目 录摘 要IAbstractII第一章 前言11.1
7、研究背景11.2 电容器的原理21.3 超级电容器的电极材料31.4 研究依据及意义4第二章 实验42.1 NiCo2O4片的制备42.2 材料表征和电化学性能测试5第三章 结果与讨论6第四章 结论11参考文献12致 谢1413毕业论文 泡沫镍上NiCo2O4纳米片电极材料的电化学制备及其性能研究第一章 前言1.1研究背景世界经济的现代化得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛投入应用。这一经济的资源载体将会迅速在21世纪上半叶接近枯竭。由于化石能源资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重（尤其是在大、中城市），化石能源的消耗也导致了一系列严重的环境问题，如
8、全球气候变暖，酸雨和雾霾，影响着人类的生存和发展。随着对可持续可再生的能源需求越来越大，研究替代内燃机的新型大功率，低沉本，清洁有效的能源装置迫在眉睫1-3。混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发已经取得了一定的成效。但是由于它们固有的使用寿命短、温度特性差、化学电池污染环境、系统复杂、造价高昂等致命弱点，一直没有很好的解决办法。为了降低CO2的排放，可再生能源如太阳能，风能等越来越受到人们关注，但是由于在夜间太阳能无法采集，风能收集和产生的不稳定性等因素，能量的储存和利用问题无疑成为了本世纪最重要的问题之一4-6。超级电容器和锂离子电池的研究是当今储能系统最前沿的技术，尤其是在便
9、携式能源需求方面，这两者有着广泛的发展前景7。最早的超级电容器专利在1957年提交，然而直到20世纪90年代这项技术才在混合电动汽车领域受到关注。超级电容器的一个主要功能被发现可以用来提供混合动力汽车加速所需的能量，另外还可以帮助辅助刹车。人们从此开始认识到超级电容器在电池能源开发中的重要性，各国政府都开始投入大量金钱和时间用于开发研究超级电容器的技术8。超级电容器, 又称为电化学电容器，与其他类型的电容器一样，也是物理存储电荷9。但是，超级电容器的不同之处在于所存储的电荷远远大于其他电容器，能提供大能量密度（10 Wh kg-1），具有极长的循环寿命（105循环），并且充放电迅速10。这是因
10、为其使用了高表面积的电极，并在电极表面上进行双电层电荷存储11。将拥有极大面积的平板隔开，便可以生产出具备很大电容值得装置。物理的电荷存储不依赖化学反应速率，比如电池的化学反应速率会限制其功率性能。因此，与其他电化学装置（如电池）相比，电化学电容器具有超长的循环寿命和极大的充放电功率特性。此外，超级电容器具备的零下40下的低温性能，也是别的电容器不具备的。最后，电化学电容器的老化温和缓慢，且维护费用较低，这个特性使得电化学电容器的高可靠性在应用领域显得尤其宝贵12。因此，超级电容器是一种高效储能器件，具有高的功率密度、超快的充放电速率、超长的循环寿命和安全的使用模式，可以部分或全部替代传统的化
11、学电池用于车辆的牵引电源和启动能源，并且具有比传统的化学电池更加广泛的用途。如今，世界各国都不遗余力地对超级电容器进行研究与开发。其中美国、日本和俄罗斯等国家不仅在研发生产上走在前面，而且还建立了专门的国家管理机构（如：美国的USABC、日本的SUN、俄罗斯的REVA等），制定国家发展计划，由国家投入巨资和人力，积极推进。就超级电容器技术水平而言，目前俄罗斯走在世界前面，其产品已经进行商业化生产和应用，并被第17届国际电动车年会（EVS17）评为最先进产品，日本、德国、法国、英国、澳大利亚等国家也在急起直追。目前各国推广应用超级电容器的领域已相当广泛，包括国防、军工, 以及电动汽车、电脑、移动
12、通信等民用领域,是一种极具潜力的储能装置。1.2 电容器的原理电容器是一个能够在一个静电场储能而非化学形式储能的无源原件。它由电解质分开的两个平行电极组成。电容器是在两极之间施加一个电势差来进行充电，这个电势差能够使正负电荷向相反极性的电极表面进行迁移。当充电时，连结在一个电路的电容器可以在短时间内看成一个电压源。电容器的电容C，是每个电极上带的电荷Q与两极之间的电势差V之比，即 C=Q/V （1）决定电容器电容的三个因素为：极板面积（两极共有的面积）；两电极之间的距离；所用电介质（电感器）的性质。电容器的两个主要属性是能量密度和功率密度，用单位质量或者单位体积的能量（比能量）和功率来表示。储
13、存在电容器中的能量E(J)与每个界面电荷Q(C)以及电势差V(V)有关，因此，其能量直接与电容器的电容成比例，即 E= CV2/2 （2）当电压达到最大值时，能量也达到最大，这个通常受电介质的击穿强度所限。通常地，功率P是单位时间内能量传输的速率。确定一个特定电容器的功率大小时，需要考虑电容器的内部组件（如集流体，电极材料，电介质/电解质和隔膜）的电阻。这些组件的电阻值通常合并起来测试，它们统称为等效串联电阻（ESR）。这会产生一个电压降，ESR决定了电容器在放电过程中的最大电压，进而限制了电容器的最大能量和功率。电容器的功率测试一般是在匹配阻抗下进行测试（如负载的电阻值假定等于电容器的ESR
14、），其相应的最大功率Pmax表示如下： Pmax=V2/4ESR （3）虽然好的电容器的阻抗通常比其所连接的负载的阻抗要低得多，然而实际释放的峰值功率尽管很大，但通常仍然比最大功率Pmax要小。电化学电容器（EC）是基于诸如多孔碳和一些金属氧化物这样的高比面积材料的电极-电解液界面上进行充放电的一类特殊的电容器。其与普通的静电电容器的不同在与其电荷的储存是在电极和电解液之间的双电层内。溶解在电解质中的离子被等量且相反的电荷有效的吸引到电极表面上，从而在电解质中形成了两个串联连接的电容13。基于电化学电容器储能模型和构造的不同，电化学电容器一般分为双电层电容器和赝电容器（氧化还原型电化学电容器）
15、两种。其中，双电层电容器储能方式与传统电容器大致相同，即通过利用高表面积的多孔材料得到更高的电容值。作为能源，双电层电容器一般具有 5-15 kW kg-1的能量密度14。其比传统电容器储存更多能量的原因在于：更多数量的电荷能够储存于高度扩展的电极表面上（因高表面积电极材料中具有大量的孔结构所引起）；所谓的电极和电解液界面之间的双电层的厚度较薄。赝电容电化学电容器材料利用表面快速，可逆的氧化还原反应15。并不起源于静电，而且发生在电化学电荷迁移过程中，在一定程度上受限于有限的活性材料的数量和有效面积。基于结构的不同，超级电容器一般又分为两电极具有相同储能机理的对称器件（包括基于碳材料的双电层电容器和金属
