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摘 要

以硝酸钴和硝酸镍为原料，乙酸钠为沉淀剂，用水热法制备了钴镍双金属氢氧化物（CoNi-LDH）纳米片。用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)进行表征分析，并研究其电化学性能。研究结果表明：在40ml水作溶剂，硝酸钴、硝酸镍、乙酸钠摩尔比为2：2：8的条件下，水热法反应合成的CoNi-LDH在6 mol/L KOH溶液中，电流密度1 A /g下充放电比电容最高达到1987 F /g ，在30 A /g的电流密度下1000次循环后保持的比电容为原来的81.4%，具有较好的循环稳定性。与活性炭组成的两电极体系在1A/g电流密度下，工作电压为1.6 V，比容量为178 F/g。

关键词: 双金属氢氧化物，超级电容器，调控，赝电容

Abstract：In this paper, cobalt - nickel bimetallic hydroxide (CoNi-LDH) nano-sheets were prepared by hydrothermal method with sodium acetate as precipitant and cobalt nitrate and nickel nitrate as raw materials. X - ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) were used to characterize it. The research results show that: CoNi-LDH synthesized by the method that molar ratio of cobalt nitrate, nickel nitrate and sodium acetate in 40ml water was 2:2:8 have ability that the charge-discharge specific capacitance at current of density 1 A /g was up to 1987 F /g when measured in 6 mol/L KOH solution. and the specific capacitance remained at 81.4% after 1000 cycles at current density 30 A/g, indicating that the cobalt-nickel dihydroxide obtained in this experiment had high cycling stability. Under the current density of 1A/g, the operating voltage of the two-electrode system composed with activated carbon can reach 1.6V and has a specific capacity of 178F/g.

Key words: CoNi double metal hydroxide, supercapacitor, control preparation, pseudocapacitance

目 录

1 引言 3

2 实验部分 5

2.1 所用试剂和仪器 5

2.2 样品和电极材料制备 6

2.3 材料表征及电化学性能测试 6

3 产物表征 7

3.1 XRD表征 7

3.2 扫描电镜表征 8

3.3 机理分析 9

4 电化学性能研究 9

4.1 三电极性能测试 9

4.2 两电极性能测试 12

结论与展望 13

参考文献 14

致谢 16

1 引言

（1） 超级电容器的组成及特点

超级电容器与化学电池的结构类似，也是由正电极板、负电级板和介电或者离子介质组成，而介电或离子介质必须对电子不导电。电化学电容器,‎电化学双层电容器通过静态电解质离子吸附/解吸来存储电荷，伪电容器涉及法拉第氧化还原反应过程 ^[1]。当需要高功率输送或吸收时，它们可以在电能存储和收集应用中补充或替换^[2]。通过了解电荷储存机制和开发先进的纳米结构材料, 性能有了显著提高。为了获取更高的电容, 利用具备相当大程度的内部有效表面用以增加了电极表面积。两个这样的电极组合提供了一个相当高电容的电化学电容器，这导致电化学双层电容器使用具有亚纳米孔的碳电极的电容更高^[3], 为设计高能量密度打开了大门。伪电容纳米材料 (包括氧化物、氮化物和聚合物) 与最新一代纳米结构锂电极的结合, 使电化学电容器的能量密度更接近电池。超级电容器电容量可高达上千法拉，由于没有电化学动力学的极化电阻，超级电容电极没有氧化还原电池那样的速率限制，充放电速度极快^[2]。另外由于超级电容器具有快速的充放电能力、循环稳定性优良、工作温度受限范围小，可长时间存储等特点，受到了人们的广泛关注，并且有望能够在不久的将来成为人类发展能源领域的一种高效的电能存储工具^[4]。

（2） 超级电容器的应用

燃料成本上升、污染、全球变暖和地缘政治问题以及现代社会对化石燃料的依赖，减少这些问题是一个日益重要的目标, 可以通过开发其他能源和储存技术来实现。因此，最近高功率和高能量密度存储系统引起了人们广泛的研究兴趣，而更广泛地使用可再生能源和提高运输系统的效率是解决这一问题的关键。

储能系统 (Ess) 是处理间歇性可再生能源的关键，例如提高车辆效率需要在车辆减速或停车时将动能储存在某个地方。近年来，随着对超级电容研究的深入，超级电容器在通讯工程、制造业、大型运输设备等领域被广泛的应用^[4]。例如超级电容器与太阳能发电以及风能发电相结合的混合储能，可应用在恶劣环境下照明系统中，也可以在电梯，电吊车等特种设备中广泛应用^[5]。

（3） 超级电容的制备

超级电容器因其高能量存储，长循环寿命和低维护成本而被公认为最有前途的能量存储设备之一。超级电容器的储能机制根据性质不同可分为两种方式，分别是双电层电容器（EDLC）和氧化还原电容器。碳材料^[6]、过渡金属（氢）氧化物^[7-10]、导电聚合物^[11]，金属化合物因其优异的性能，得到了广泛的研究。在导电聚合物非对称超级电容器中, 聚苯胺 (PANi)具有较高的比电容，良好的电子性能和更好的热稳定性，可以很容易地通过化学或电化学方法合成。

制备电极材料是超级电容的关键，电极材料对电容的存储量、充放电稳定性、耐受电压强度起主导作用^[12]。以下归纳总结一些近几年常见的超级电容电极材料制备方法^[13]：

碳系列电极材料主要有活性炭^[14]、碳凝胶^[15]、碳纳米管^[16]等。由于取材广泛、成本低且制备方便，一直是电容研究中广泛研究的材料，石墨烯基材料由于其独特性能，如优异的导电性、化学稳定性和表面积可调控等因素，在各种尺度和大小下能有效设计低成本的电化学材料^[17]。化学气相沉积法(CVD)制备高质量石墨烯受产量小的局限，无法广泛用于工业生产，而氧化石墨烯还原法尽管可以大量制备，但只能生产出低质量产品^[18]。

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