一、均相沉淀法制备α-Ni(OH)_2及其电化学性能研究(论文文献综述)
祁星耀[1](2020)在《超级电容器用镍基复合电极材料的制备与性能研究》文中研究指明超级电容器具有充电时间短、比容量和能量密度高、循环寿命长、环境友好等优势,是发展先进储能技术的重要分支,在电力系统、高频储能、车辆辅助动力电源和轨道交通领域应用前景广阔。电极材料是影响超级电容器性能的关键。在目前已知的各种电极材料中,Ni的氧化物及氢氧化物不仅成本较低,而且具有独特的氧化还原特性和较高的理论比电容值,因而被广泛认为是一种具有发展前景的赝电容类电极材料。但Ni O电极材料存在电子导电率较低、循环稳定性和倍率特性较差的问题,为了解决这些问题,研究人员提出了制备纳米结构的Ni O以及将Ni O与其他导电材料进行复合的改进方案。本文以镍基复合材料为主要研究对象,通过调整掺杂离子的比例、配位剂辅助调整形貌和高温煅烧等方法,获得了形貌均一、尺寸较小、结构规整的免粘结剂自支撑电极,并研究了其电荷存储特性,主要内容和研究结果如下:1、采用一步水热方法,在泡沫镍基底上制备了Co掺杂Ni(OH)2电极,该复合材料由Co掺杂Ni(OH)2纳米花包覆在泡沫镍骨架上。电化学测试结果表明,该方法制备的无粘结剂自支撑Co掺杂Ni(OH)2电极具有良好的电化学性能(在4 m A cm-2的比容量为2765.24 F·g-1),远远高于其他相似电极材料的比容量。与AC组装成水系超级电容器,获得高达44.99 Wh kg-1的能量密度(功率密度为485.71 W kg-1时),并且在30 m A cm-2的电流密度下循环3000圈后具有86.12%的比容量保持率。2、采用水热反应和煅烧两步方法在泡沫镍上合成了附着良好的小颗粒自组装而成的Ni Co2O4纳米针阵列。该电极在三电极电化学测试中表现出优异的电化学性能,在2 m A cm-2时比容量达到2.8 F cm-2(1311.870 F·g-1),持续充放电4000次后比容量保持率为171.90%。组装的Ni Co2O4/NF//AC混合超级电容器也展现出良好的储能性能和应用前景,循环5000圈后比容量保持率为85.19%,并且在能量密度32.73 Wh kg-1下实现了850 W kg-1的高功率密度。
窦飞[2](2020)在《锌镍单液流电池正极掺杂改性研究》文中进行了进一步梳理Ni(OH)2作为正极材料具有电化学性能优异、结构简单和对环境友好等优点,在商业储能电池领域得到广泛应用,储能电池技术具有高效、清洁的优点,复合可持续发展的方针政策。对Ni(OH)2的改性目标主要有两个,一个是降低电极成本,另一个则是提高锌镍单液流电池的放电比容量,改善Ni(OH)2的电化学性能,这两点都可以通过掺杂金属离子的方法达成。本文采用缓冲溶液法制备了Mn掺杂和Mn-Mg共掺杂的样品,对样品进行扫描电镜和X射线衍射分析观察其结构形貌特征,对样品进行循环伏安测试和恒流充放电测试,分析样品的放电比容量、循环稳定性等电化学性能。并从理论上对β-Ni(OH)2的态密度及掺杂金属离子对电极电位的影响进行初步探讨。全文主要研究内容如下:(1)对β-Ni(OH)2和β-NiOOH建立模型并采用第一性原理对其进行理论计算。计算结果表明,β-Ni(OH)2和β-NiOOH的态密度分布均在-23 eV~10 eV之间,且β-NiOOH的态密度在-20 eV左右分裂为两个峰,这主要是因为β-NiOOH晶体结构中的两个氧原子所处环境不同;β-NiOOH态密度图中峰的强度明显低于β-Ni(OH)2的峰强度,是因为β-NiOOH在电极反应中会失去电子。在对电极电位的分析中,发现Mg、Mn相比于Ni,电极电位数值更高,具有更强的还原能力,电极反应中更容易失去电子,电池的储能量也更高。(2)制备不同Mn含量的Ni1-xMnx(OH)2(x=0.15,0.18,0.22,0.25)正极材料,研究Mn含量对β-Ni(OH)2性能的影响。X射线衍射分析表明掺杂Mn后的样品均为β相,但x=0.18,0.22,0.25时样品中出现出现少量杂质Mn3O4,且含Mn样品的衍射峰半峰宽较窄,表明晶粒细化。通过扫描电镜观察得知掺杂Mn样品比商用β-Ni(OH)2颗粒细小多孔,该现象通过比表面积测试得到证明。循环伏安测试表明,掺杂Mn后,样品的氧化还原电位差减小,电极可逆性较好。恒流充放电测试表明,含Mn样品的放电比容量随Mn含量的增加先增大后减小,当x=0.18时,样品在电流密度800 m A/g下的放电比容量为314.5 m Ah/g,相同条件下的商用β-Ni(OH)2放电比容量为195 m Ah/g。说明掺杂Mn可较好的提高镍电极的放电比容量,并使其具有较好的大电流充放电性能。Mn含量x=0.18时,样品显示出较好的循环稳定性,使样品在同等条件下循环30圈,x=0.18时放电比容量未见衰减,而商用Ni(OH)2衰减6.4%,其它样品分别衰减1.9%(x=0.15)、0.49%(x=0.22)、3.1%(x=0.25)。(3)基于Ni1-xMnx(OH)2(x=0.15,0.18,0.22,0.25)正极材料的研究中Ni0.82Mn0.18(OH)2的电化学性能最好,以Mg元素对Mn进行部分取代,制备Ni0.82Mn0.18-yMgy(OH)2(y=0.06,0.09,0.12),研究Mn-Mg共掺杂对β-Ni(OH)2性能的影响。X射线衍射分析中,掺杂后的Ni0.82Mn0.18-yMgy(OH)2样品与β-Ni(OH)2衍射峰峰型一致,但峰强度较弱,表示颗粒细化。扫描电镜观察发现β-Ni(OH)2样品是表面光滑的球形颗粒状,而Ni0.82Mn0.18-yMgy(OH)2样品的颗粒表面非常粗糙,有较多细小颗粒,这种形貌可使活性材料与电解液充分接触,提高活性物质利用率。循环伏安测试中,Ni0.82Mn0.09Mg0.09(OH)2与Ni0.82Mn0.06Mg0.12(OH)2的氧化还原峰电位差明显小于β-Ni(OH)2,电极反应的可逆性较好。恒流充放电测试中,电流密度为150 m A/g时,Ni0.82Mn0.09Mg0.09(OH)2的放电比容量最高,为263.5 m Ah/g。同等条件下,β-Ni(OH)2样品的放电比容量稍低于Ni0.82Mn0.09Mg0.09(OH)2样品,为252.9 m Ah/g;Ni0.82Mn0.12Mg0.06(OH)2与Ni0.82Mn0.06Mg0.12(OH)2样品的放电比容量则更低,分别为192.2 m Ah/g和225.5 m Ah/g。掺杂Mn、Mg元素后,样品的放电电位得到提高。β-Ni(OH)2与Ni0.82Mn0.18-yMgy(OH)2(y=0.06,0.09,0.12)样品在800 m A/g电流密度下充放电循环30圈后,商用β-Ni(OH)2放电比容量衰减7%,Ni0.82Mn0.12Mg0.06(OH)2的放电比容量衰减14%,Ni0.82Mn0.09Mg0.09(OH)2和Ni0.82Mn0.06Mg0.12(OH)2未见衰减,说明Mn-Mg共掺杂可改善锌镍单液流电池的循环稳定性。掺杂Mn有利于提高β-Ni(OH)2的放电比容量,共掺杂Mn-Mg有利于改善β-Ni(OH)2的循环稳定性,延长使用寿命。另一方面,掺杂后正极材料中的镍含量减少,镍电极成本得到降低。研究表明,掺杂适当含量的金属离子可有效改善氢氧化镍正极材料的电化学性能,使其具有更强的市场竞争力和更好的应用前景。
周小杰[3](2020)在《用于镍锌电池的镍基材料制备与性能研究》文中研究说明随着移动及可穿戴电子设备、混合动力和电动汽车等在日常生活中的普及,它们对高性能、高安全性和高效率电池的需求不断增长。镍锌(Ni-Zn)电池由其表现出的高效率,高输出电压(1.73 V)和良好的安全性等优势,被认为是目前最具潜力的储能设备之一。但是,镍阴极存在的活性位点不足和离子扩散速度低等问题,导致循环寿命和能量密度低,从而阻碍了Ni-Zn电池的商业化发展。为了解决这个问题,本文通过离子掺杂和设计新的纳米结构两种方法来改善和提升镍阴极活性物质Ni(OH)2的性能。通过简单的方法合成了钼掺杂的Ni(OH)2,并对它的物理化学性质进行了详细的探究,透射电镜(TEM)显示它是由晶粒组成的致密、高序、无定形结构,该结构可以丰富反应活性位点,并且能够建立高效的离子扩散通道;探究了镍钼添加比对生成Ni(OH)2电化学性能的影响;还探究了Mo-Ni(OH)2的质子扩散系数;此外,还研究了Mo-Ni(OH)2在镍锌电池作为镍阴极的潜力。研究结果表明,Mo-Ni(OH)2电极的平均放电比容量为173 mAh g-1,在深度放电的状态下,其放电比容量最高可以达到300 mAh g-1;Mo-Ni(OH)2电极能够稳定循环1200次,容量衰减仅为2.6%,展现出优异的循环性能。另外,首次通过添加磷钼酸(HPMo)自组装形成三维(3D)花状结构的Ni(OH)2,并采用X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱(XPS)对其组成结构及元素组成进行分析,利用扫描电镜(SEM)对循环前后的镍阴极进行微观形貌的观测,采用透射电镜(TEM)对其内部结构进行探究。采用循环伏安(CV)等方法对其电化学可逆性进行了探究。当对作为镍锌电池的阴极材料进行评估时,在2.5 A g-1的电流密度下,3D花状Ni(OH)2镍电极放电比容量可达277.5 mAh g-1(截止电压1.5 V),在深度的放电状态下,最高可以表现出346.9 mAh g-1的比容量;另外,在5 A g-1的电流密度下,镍电极能够稳定循环10000次。其出色的电化学性能归因于三维花状结构提供了足够的电化学反应位点,花瓣间的多孔通道使活性物质与电解液间的接触面积增加,减少了电极膨胀与极化,提高了电池效率。此外,本文提出了3D花状Ni(OH)2电极材料可能的生长机理,为三维纳米结构材料的制备提供了新方向。
刘达[4](2020)在《铁镍电池正极材料的掺杂改性的研究》文中认为随着铁镍电池正极材料的研究深入,对铁镍电池正极材料的充放电稳定性、放电比容量、耐高温性能的提升是铁镍电池更具有发展性的要求。而传统的纯Ni(OH)2正极材料的充放电性能不稳定,放电比容量较低,而且不具备良好的耐高温性能。目前普遍在铁镍电池纯Ni(OH)2正极材料中进行掺杂Co金属离子使铁镍电池Ni(OH)2正极材料的电导率升高,但由于单一·掺杂不能使结构更加稳定以及耐高温性能的提升,所以可以采用复合掺杂来达到Ni(OH)2正极材料充放电稳定性、放电比容量、耐高温性能的提升。本文关于Ni(OH)2掺杂不同添加剂不同比例用于铁镍电池止极的性能测试。采用共沉淀法制备Ni(OH)2,用X射线衍射(XRD)以及扫描电镜(SEM)对Ni(OH)2结构进行表征。对制备的单电池进行电化学测试,发现纯Ni(OH)2电化学性能差,常温放电比电容量只有223.9 mAh/g,高温状态下还会有所降低,50℃时放电比容量209.2mAh/g,70℃时放电比容量204.4mAh/g。掺杂添加剂能有效改善氢氧化镍的质量比容量、导电性和充放电循环稳定性等电化学性能以及耐高温性能。元素掺杂是一种普遍应用的方法,本文是通过固相反应法制备出掺杂Co2+、Zn2+、Al3+离子以及稀土金属离子的氢氧化镍正极材料。Co2+、Zn2+、Al3+离子以及稀土金属离子与氢氧化镍反应形成共晶体,增加了 Ni(OH)2的晶格缺陷,从而提高氢氧化镍的放电稳定性,耐高温性能。其中掺杂Co2+、Zn2+、A13+离子有利于Ni(OH)2正极材料在常温下的充放电稳定性以及放电比容量提升,稀土金属离子有利于提高Ni(OH)2正极材料充放电的耐高温性能。恒流充放电(CP)电化学测试发现,在常温状态下将Co2+、Zn2+、Al3+混合二元以及三元掺杂到镍电极后,发现复合材料电池的放电比容量好于单一材料掺杂。因为复合材料兼顾每种单一材料的优异性能,使Ni(OH)2正极材料充放电稳定性能与电池的比容量得到明显的提升。当掺杂形成1.5%Al+1.5%Co-Ni(OH)2正极材料时,铁镍电池正极材料常温的放电效果最佳,可达到332.4Ah/g左右。而在高温情况下,稀土金属离子起到了重要作用。在50℃时,5%Y+1.5%Al+1.5%Co-Ni(OH)2正极材料放高温的放电比容量最高,放电比容量达到了 303.2mAh/g。在70℃时,3%Y+1.5%Al+1.5%Co-Ni(OH)2正极材料的放电比容量最高,放电比容量达到了300.2mAh/g。
李济澜[5](2019)在《含碳镍基复合材料的合成及其在锌镍电池中的应用研究》文中研究说明锌镍电池属于碱性镍基二次电池中的一种,具有能量密度高、功率密度大、原料来源广、安全环保和价格低廉等优点;是一种不仅可能取代铅酸电池和镍镉电池等传统水溶液电池,而且可能取代具有安全隐患、有限的锂资源和高成本等缺陷的锂离子电池的一种电池。传统的锌镍电池采用β-Ni(OH)2为正极材料,但是β-Ni(OH)2的理论容量只有289 mAh g-1,经过多年的发展实际电化学性能已经接近理论值,发展空间有限。因此研究开发具有更高容量和更好循环性能的新的正极材料成为一项有意义的挑战。本文在前人的研究基础上,设计合成新的含碳镍基复合材料,并将它们用做锌镍电池正极材料,研究其电化学行为,主要研究内容和结果如下:(1)首次以葡萄糖(C6H12O6·H2O)为碳源,以氯化镍(NiCl2)为镍源,尿素(CO(NH2)2)作碱,在160℃条件下采用一锅水热法原位合成得到了含碳的球形介孔α-Ni(OH)2/C复合材料。作为对照,在相同水热条件下没有葡萄糖参与情况下合成得到了不含碳的α-Ni(OH)2。研究结果表明,葡萄糖不仅提供了碳源,而且具有形貌调控作用。使得有葡萄糖参与合成的α-Ni(OH)2/C复合材料呈均匀的球形,并且起到了阻止α-Ni(OH)2粒子团聚的作用,使得α-Ni(OH)2/C微球表面分布浆状的纳米片并由网状纳米线织构而成,具有更大的比表面积和孔容。对比研究α-Ni(OH)2和α-Ni(OH)2/C的性质发现在强碱溶液中α-Ni(OH)2/C复合材料比α-Ni(OH)2更稳定,α-Ni(OH)2容易转换为β-Ni(OH)2,而α-Ni(OH)2/C复合材料则不会。研究α-Ni(OH)2/C复合材料在6 mol L-1 KOH溶液中的电化学行为表明其具有优异的电化学性能,在1 A g-1的电流密度下充放电,可以达到331 mAh g-1的放电容量。并且当以12 A g-1的电流密度充放电时经过500次充放电循环放电容量依然保持了85%。我们还研究了以α-Ni(OH)2/C复合材料为锌镍电池的正极活性物质,锌片为负极,在6 mol L-1 KOH、饱和乙酸锌电解质溶液中的两电极α-Ni(OH)2/C-Zn全电池的电化学行为,结果表明,在0.8 A g-1电流密度下放电容量达到了383 mAh g-1,这远远超过了传统的β-Ni(OH)2理论容量289 mAh g-1,并且在2 A g-1的电流密度下进行500次充放电循环容量依然保留了70%。这表明合成的α-Ni(OH)2/C材料用做锌镍电池正极不仅具有较高的放电容量而且展现了良好的充放电循环稳定性。(2)制备了具有更高理论容量含碳NiO/C复合纳米材料(理论容量358 mAh g-1),该材料克服了α-Ni(OH)2在强碱溶液中不稳定的缺陷。首次将氯化镍(NiCl2)、尿素(CO(NH2)2)、葡萄糖(C6H12O6·H2O)为原料水热合成得到的α-Ni(OH)2/C复合材料为前驱体,在400℃温度下焙烧2小时制备了含碳的球形介孔NiO/C复合材料。研究结果表明得到的NiO/C复合材料形貌继承了前驱体α-Ni(OH)2/C的形貌,呈均匀的球形,并且其表面分布浆状的纳米片,纳米碳粒子均匀地分布在NiO/C微球表面。这些特性使得制备的NiO/C复合材料具有更大的比表面积和孔容。说明葡萄糖碳化后的碳纳米粒子同样起到了阻止NiO粒子团聚的作用,使得含碳的NiO/C微球表面变成由超薄的纳米片组成。以NiO/C复合材料为锌镍电池正极材料,锌片为负极,6 mol L-11 KOH、饱和乙酸锌溶液为电解质溶液,组装成两电极NiO/C-Zn全电池,研究其电化学行为表明,在5.0 A g-1电流密度下放电容量达到了138 mAh g-1,并且经过1000次充放电循环放电容量依然保留了87%。如此大电流放电能力不仅超过了大多数已报道的锌镍电池,也超过了大多数水溶液电池。这说明合成的NiO/C复合材料在锌镍电池中具有优越的电化学性能。(3)合成了具有更高理论容量(理论容量360 mAh g-1)和超高循环稳定性的含碳Ni2P/C复合纳米材料。创新地以葡萄糖为碳源采用一锅水热法合成了Ni2P/C复合纳米材料,作为比较,在同样条件下没有葡萄糖参与下合成了不含碳的Ni2P材料。研究结果表明葡萄糖在一锅水热法合成Ni2P/C复合材料中不仅提供了碳源,而且起到了阻止Ni2P粒子团聚的作用,使得Ni2P/C复合材料变得更加疏松超薄。对Ni2P/C复合材料和不含碳的Ni2P在1 mol L-1 KOH溶液中的循环伏安测试研究表明,发现Ni2P/C复合材料和不含碳的Ni2P在1 mol L-1 KOH溶液中具有很好的可逆电化学氧化还原性能。世界上首次以Ni2P/C复合材料为锌镍电池正极材料,锌片为负极,1 mol L-11 KOH、20 mmol L-1 Zn(Ac)2为电解质溶液,组装了Ni2P/C-Zn电池。研究其电化学性能,结果表明Ni2P/C复合材料在锌镍电池中具有优越的电化学性能,在1 A g-1的电流密度下达到了176 mAh g-1的放电容量,在大电流5 A g-1的电流密度下放电容量也达到了82 mAh g-1。如此大电流放电能力不仅远远超过了传统的β-Ni(OH)2材料,也好于近期报道的许多水溶液电池。特别是在大电流5 A g-1的电流密度下进行1500次充放电循环放电容量衰减还不到6.2%,如此优越的循环稳定性已经超过了近期报道的所有锌镍电池。可见合成的Ni2P/C复合材料在锌镍电池中具有特别优良的循环稳定性。
侯程[6](2019)在《中间相氢氧化镍的构筑及其在镍锌电池中的应用》文中认为资源和环境问题加大了对节约能源及清洁能源的需求,迫切需要开发新型化学电源或者提高原有的化学电源的性能帮助解决环境污染问题。镍锌电池作为一种绿色化学电源,拥有高性能、环保、安全和高性价比等特点,受到广泛关注,其相关电极材料的研究和开发成为目前研究的热点。本论文通过在Ni(OH)2晶格中掺杂Mn合成中间相α-β-Ni1-x Mnx(OH)2,研究Mn掺杂对α-β-Ni1-x Mnx(OH)2的结构和性能的影响。在此基础上将α-β-Ni1-x Mnx(OH)2生长在碳纳米管(CNT)表面制备α-β-Ni1-x Mnx(OH)2/CNT复合材料。将其作为正极材料制备的NiZn电池,展现出高的能量密度、库伦效应和长的循环寿命。具体研究内容如下:(1)通过化学共沉淀法制备中间相α-β-Ni1-x Mnx(OH)2。透射电子显微镜(TEM)图表明Mn成功掺杂进Ni(OH)2晶格中。采用X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)对材料的相和结构进行表征。详细研究锰掺杂对产物结构的影响,表明当Mn掺杂量低于20%时样品的相结构为中间相α-β-Ni1-x Mnx(OH)2。结构和电化学性能之间的关系被调查。在相同测试条件下中间相α-β-Ni1-xMnx(OH)2的比容量高于β-Ni(OH)2的比容量。循环伏安(CV)测试结果表明最佳的锰掺杂量为3%。1 m V·s-1扫速下比容量为286.23 mAh·g-1。作为正极活性材料组装的NiZn电池在25 mA·cm-2的充放电电流密度下,经过1200个循环之后,能量密度依旧达到201.03 Wh·kg-1,库伦效率在97%以上。(2)为了更好的展现中间相α-β-Ni1-x Mnx(OH)2的电性能,采用两步法将α-β-Ni1-xMnx(OH)2生长在羟基碳纳米管表面。TEM图表明成功合成了α-β-Ni1-xMnx(OH)2/CNT复合材料。XRD图表明复合材料中Ni1-x Mnx(OH)2仍然为α-β相。CV测试表明α-β-Ni1-xMnx(OH)2/CNT(x=0.03)复合材料在2 mV·s-1扫速下的比容量为321.77 mAh·g-1,高于没有加入碳纳米管的比容量且超过了β-Ni(OH)2的理论值。α-β-Ni1-xMnx(OH)2/CNT(x=0.03)复合材料作为正极,Zn片作为负极,制作的NiZn软包电池充放电循环达到1400圈,且能量密度和库伦效率高于201.88 Wh·kg-1及96%。展现出优异的电化学性能。(3)模拟商用镍锌电池,将α-β-Ni1-x Mnx(OH)2/CNT(x=0.03)复合材料正极和碱式碳酸锌负极组装成NiZn软包电池研究其电化学性能。电流密度从10增加到50 mA·cm-2时,能量密度从156.32降低至144.03 mAh·g-1,降低了8%,展现出了良好的倍率性能。在充放电电流密度20 mA·cm-2下循环1400次,能量密度依然有150 Wh·kg-1,为最初能量密度的97%,库伦效率在96%以上。
黎辉常[7](2019)在《氢氧化镍纳米复合石墨烯的制备及其超级电容器的应用》文中研究表明氢氧化镍由于具有较好的电化学性能和无污染等特点,在镍基二次电池(如镍氢电池、锌镍电池、镉镍电池)、电化学超级电容器、电化学传感器、吸波材料等领域中都有广泛的应用,是一类非常重要的功能材料,尤其是其作为电化学储能材料一直以来受到广泛的关注。本文主要围绕氢氧化镍表面修饰掺杂、复合、可控制备及其电化学储能性能上的应用进行探讨,并对所制备的复合材料进行结构及形貌等表征。主要研究内容如下:(1)以氢氧化钠为沉淀剂,采用一步水热法成功制备了β-Ni(OH)2原位复合还原氧化石墨烯(rGO)的电极材料。Raman表明在热碱环境中经过水热反应后,氧化石墨烯被还原,导电性得到提高。FESEM分析表明复合石墨烯能有效抑制氢氧化镍纳米粒子团聚,有利于提高活性物质的利用率。电化学性能测试表明,在氢氧化镍中复合石墨烯能有效地提高材料的导电性能、增强扩散速度,降低电化学反应电阻,尤其是改善了材料的大电流充放电性能。其中,电化学性能最佳的复合材料,在1 A g-1时比电容为1975 F g-1,甚至在电流密度为30 A g-1时,仍具有1097 F g-1的比电容。(2)为提高超级电容器的工作电压,增大其能量密度,通过引入rGO作为负极,以上述制备的复合材料作为正极组装非对称超级电容器,并进行电化学性能测试。当电流密度为0.5 A g-1时,比电容可达97 F g-1;当电流密度为10 A g-1时,比电容还能保持64 F g-1,具有较好的倍率性能。该装置在3 A g-1下循环3000次后,其比电容保持率为74%,显示出良好的循环稳定性。而且在功率密度为0.39 kW kg-1时,其能量密度为32.4 Wh kg-1。(3)以尿素为沉淀剂,采用一种简便、可控的共沉淀法合成了具有三维介孔结构的铝掺杂α-Ni(OH)2复合rGO的电极材料。通过复合rGO,大大的增加了材料的比表面积,显着增大电极材料与电解质的接触面积,从而明显改善电化学性能。其在1 A g-1时比电容为2558 F g-1,甚至在电流密度为30 A g-1时,仍具有1925 F g-1的比电容。此外,在两电极体系下进行电化学性能测试中,当功率密度为0.39 kW kg-1时,其能量密度为46.4 Wh kg-1。在3000次循环后(在3A g-1的电流密度下)保持72%的初始容量,显示出高倍率性能和长周期寿命。这种复合材料性能的提高归结于其独特的三维层状介孔结构。
邢如月[8](2019)在《锌镍单液流电池正极性能研究》文中研究指明由于Ni(OH)2具有优异的电化学性能,被广泛应用于商业电池中。近年来研究热点是,一方面通过掺杂廉价元素部分取代镍形成β-Ni(OH)2,降低材料价格,从而降低镍基电池成本;另一方面是在Ni(OH)2晶格中掺入其它金属离子代替镍离子,形成α-Ni(OH)2,可以提高镍基电池整体比容量。本文采用缓冲溶液法合成所需的Ni(OH)2,采用X射线衍射和扫描电子显微镜技术对正极材料进行物相分析,循环伏安和恒流充放电技术对所组装的电池进行电化学性能测试。全文主要研究工作如下:(1)对于Al取代氢氧化镍Ni1-xAlx(OH)2,x=0.10、0.14、0.18、0.22,研究Al含量对Ni(OH)2性能的影响。X射线衍射测试表明,x=0.10的样品是α和β混合相,x=0.14、0.18及0.22的样品均是纯α相。扫描电子显微镜测试表明Al代样品比无Al的商用β-Ni(OH)2的颗粒更细小、多孔。循环伏安测试表明,x=0.18时有稍高的峰电流和较大的还原峰面积。恒流充放电结果表明,和其它样品相比,当电流密度100 mA/g,x=0.18的样品析氧电位与正常充电电位相差最大,且放电比容量最大303.1 mAh/g,同等条件测试的其它四种样品放电比容量分别为247 mAh/g(商用β-Ni(OH)2)、250.9mAh/g(x=0.10)、280.2 mAh/g(x=0.14)、292.2 mAh/g(x=0.22)。电流密度增至300mA/g时,x=0.18样品的放电比容量最大,稳定在330 mAh/g附近。增加电流密度至800 mA/g,五种样品经过电化学循环150圈后放电比容量衰减率较小分别为27.1%(商用β-Ni(OH)2)、x=0.10(15.8%)、x=0.14(7.1%)、x=0.18(9.1%)、x=0.22(26.0%)。综合考虑,Ni0.86Al0.14(OH)2、Ni0.82Al0.18(OH)2是提高正极活性物质放电比容量的理想材料。(2)对于Mn掺杂氢氧化镍Ni1-xMnx(OH)2,x=0.1,0.2,0.3,0.4,X射线衍射测试x=0.1,0.2的样品主要是由β相组成,有少量Mn3O4杂相。扫描电子显微镜测试表明掺杂Mn样品比不掺Mn的商用β-Ni(OH)2的颗粒更细小、多孔。循环伏安测试表明,x=0.2的材料还原峰积分面积最大、还原分支的峰电流最高。恒流充放电结果表明,100 mA/g电流密度下,Ni1-xMnx(OH)2中Mn掺杂量x=0.2时的放电比容量最高,循环第20次的放电比容量达到271.8 mAh/g,而同等条件测试的商用β-Ni(OH)2的放电比容量为253.6 mAh/g,随着Mn掺杂量继续增加时的放电比容量大幅度降低。Mn掺杂Ni(OH)2的循环稳定性好于商用β-Ni(OH)2。Mn掺杂镍电极具有优良的大倍率性能,电流密度为800 mA/g时,当x=0.2时,循环580圈后仍有276 mAh/g的放电比容量,其衰减率最小为4.1%,同等测试条件下的其它四种样品衰减率分别46.1%(商用β-Ni(OH)2)、13.0%(x=0.1)、25.6%(x=0.3)、34.1%(x=0.4),可见Mn掺杂Ni0.8Mn0.2(OH)2的镍电极材料适合大电流密度充放电,不仅能够改善镍电极的循环稳定性,而且还能降低镍电极成本。(3)对于Ni0.955-xAlxCo0.015Zn0.03(OH)2,x=0.10、0.14、0.18、0.22,X射线衍射测试证实x=0.1是α和β混合相,x=0.14、0.18、0.22是纯α相。恒流充放电结果表明,x=0.18,充放电电流密度为500 mA/g时,其最大放电比容量在350 mAh/g左右,增加电流密度至800 mA/g时,循环150圈放电比容量衰减率最小6.3%,显示出较好的大倍率充放电性能和循环稳定性。最终在Ni0.775Al0.18Co0.015Zn0.03(OH)2基础上合成Ni0.775-yAl0.18MnyCo0.015Zn0.03(OH)2,y=0.1、0.2、0.3。与商用β-Ni(OH)2相比,y=0.1的复合取代样品是纯α相。在循环伏安曲线中,其还原电位0.2 V高于商用β-Ni(OH)2的0.1 V,在静态的锌镍单液流模拟电池中以100 mA/g充放电,其放电比容量稳定在250 mAh/g左右,和商用β-Ni(OH)2相当,且Ni0.675Al0.18Mn0.1Co0.015Zn0.03(OH)2在大电流密度800mA/g时的循环稳定性能更佳,放电比容量稳定310 mAh/g左右,循环150圈后容量无衰减现象,再由于镍含量减少28%,因此材料成本可大幅度降低,应用前景较佳。
徐立鹏[9](2019)在《NCM622正极材料的绿色制造及其储能和失效机理研究》文中指出三元层状LiNi1-x-yCoxMnyO2(NCM)正极材料由于三种原子间的协同效应倍受当前新能源材料研究者的关注。其中LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)正极材料即拥有高比容量也具有较高循环稳定性和良好的热稳定性。本文系统性的研究了高比能动力锂离子电池NCM622正极材料的绿色制造工艺,并优化了制备工艺参数;随后又对其开展了包覆改性研究,并揭示了该材料在高低温环境中的失效机理,最终通过COMSOL仿真计算解析了化学反应-温度-应力(应变)之间的耦合关系。相关研究及主要创新性结论如下:1)构建了氢氧根共沉淀热力学与动力学模型,揭示络合剂与过渡金属离子在碱性环境中共沉淀反应机理。并通过Visual MINTEQ 3.1软件对多种绿色环保型络合剂的共沉淀反应进行动力学计算分析。计算分析指出乳酸盐在p H=11.15时具有最佳共沉淀效果,是作为NCM前驱体材料共沉淀反应最理想的络合剂。2)采用乳酸钠作为络合剂,利用共沉淀法制备了Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2前驱体,系统地研究了共沉淀工艺参数对前驱体结构及正极材料电化学性能的影响,揭示共沉淀p H值及共沉淀温度对NCM622正极材料结构及电化学性能的影响机理。研究发现前驱体Ni0.6Co0.2Mn0.2(OH)2最佳共沉淀p H值为11.0,共沉淀温度为60℃,该条件下制备的NCM622由于其特殊的α+β-(Ni0.6Mn0.2Co0.2)(OH)2相结构,相应正极材料的电化学性能最佳。系统的研究了烧结工艺参数并揭示了烧结温度及时间对NCM622正极材料结构及电化学性能的影响机理。采用SEM、XRD等表征手段发现当烧结温度过低或时间过短时一次颗粒生长不足,烧结温度过高或时间过长则会导致晶界融化,晶粒发生粘连,研究指出最佳烧结温度为800℃,烧结时间为15h。3)通过湿化学法成功将Ti3C2(OH)2材料包覆在NCM622正极材料表面,通过探讨Ti3C2(OH)2的包覆改性机理发现Ti3C2(OH)2包覆层并未对正极材料原结构产生影响,但改性后NCM622正极材料的倍率及循环稳定性明显提高;研究表明适量Ti3C2(OH)2包覆层(3.0wt.%)可以改变电解液及正极材料界面结构,减小充放电过程中的电荷转移阻抗,增强锂离子的扩散能力。当含Ti3C2(OH)2包覆量过多时(5.0wt.%),较厚包覆层减少了电解液与正极材料的接触,降低了NCM622正极材料的放电容量。4)系统的探究了环境温度(-20℃~60℃)对NCM622正极材料充放电失效机理的影响,研究发现不同测试温度对正极材料电化学性能的影响机理不同:高温下NCM622正极材料的失效主要是由电解液分解产物与正极材料的副反应引起的。低温下正极材料电化学性能衰减主要是由材料电荷转移阻抗Rct骤增导致的,同时发现Rct-1与温度的变化规律符合Arrhenius公式。5)通过有限元法仿真了NCM622正极材料嵌锂过程中的锂离子传递过程,分析了反应过程中温升及应力分布随时间的动态关系,发现了锂离子嵌入速度由快变慢后趋于动态平衡,正极材料中的应力状态随时间变化规律与温度-时间曲线一致,揭示了正极材料中化学反应-温度-应力(应变)之间存在的耦合对应关系。
吕祥,和晓才,俞小花,谢刚[10](2017)在《氢氧化镍材料制备的研究进展》文中研究表明对氢氧化镍[Ni(OH)2]的制备方法,如液相沉淀法、均相沉淀法、水热法、氧化法、高压水解法、离子交换树脂法、微乳液法、电解法和机械化学合成法等进行叙述;阐述制备工艺对产物结构、形貌、尺寸和容量等方面的影响。进一步综述掺杂Ni(OH)2制备工艺方法并分析添加元素对Ni(OH)2结构、容量、电化学性能的影响;讨论制备改性Ni(OH)2过程中p H值、CO32-对Ni(OH)2颗粒尺寸与形貌的影响。展望纳米Ni(OH)2和掺杂Ni(OH)2的应用前景。
二、均相沉淀法制备α-Ni(OH)_2及其电化学性能研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、均相沉淀法制备α-Ni(OH)_2及其电化学性能研究(论文提纲范文)
(1)超级电容器用镍基复合电极材料的制备与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 超级电容器概述 |
1.2.1 超级电容器结构、原理及分类 |
1.2.2 超级电容器特点 |
1.3 超级电容器电极材料概述 |
1.3.1 纳米碳材料 |
1.3.2 导电聚合物 |
1.3.3 过渡金属氧化物 |
1.4 NiO和Ni(OH)_2的电荷存储机理 |
1.5 研究意义与研究内容 |
第2章 实验材料及分析测试方法 |
2.1 实验材料及设备 |
2.1.1 实验材料 |
2.1.2 实验仪器及测试设备 |
2.2 物相、结构和形貌表征 |
2.2.1 X射线衍射 |
2.2.2 微观形貌分析 |
2.2.3 高分辨透射电子显微镜 |
2.2.4 X射线光电子能谱分析 |
2.3 电化学性能测试 |
2.3.1 循环伏安测试 |
2.3.2 恒电流充放电测试 |
2.3.3 电化学阻抗谱测试 |
2.3.4 测试体系 |
第3章 Co掺杂Ni(OH)_2复合材料的电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 泡沫镍(NF)处理 |
3.2.2 合成Co/Mn掺杂Ni(OH)_2纳米材料 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 微观结构表征分析 |
3.3.2 电化学性能测试 |
3.4 本章小结 |
第4章 水热法制备NiCo_2O_4纳米针电极材料及其性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 泡沫镍(NF)处理 |
4.2.2 NiCo_2O_4/NF纳米针的制备 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 微观结构表征分析 |
4.3.2 电化学性能测试 |
4.4 本章小结 |
第5章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
(2)锌镍单液流电池正极掺杂改性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 锌镍单液流电池概述 |
1.2.1 锌镍单液流电池工作原理 |
1.2.2 锌镍单液流电池研究现状 |
1.3 锌镍单液流电池正极材料 |
1.3.1 正极材料Ni(OH)_2的充放电原理 |
1.3.2 金属元素掺杂正极材料Ni(OH)_2改性 |
1.4 第一性原理方法 |
1.4.1 密度泛函理论(DFT) |
1.4.2 第一性原理方法在电极材料研究中的应用 |
1.5 本文研究内容 |
第2章 氢氧化镍的第一性原理计算 |
2.1 引言 |
2.2 计算方法与模型 |
2.2.1 相关计算软件 |
2.2.2 建立模型 |
2.3 结果分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 实验方法、药品及仪器 |
3.1 实验药品与仪器 |
3.1.1 实验药品 |
3.1.2 实验仪器 |
3.2 制备工艺 |
3.2.1 样品制备 |
3.2.2 电极制备 |
3.3 电极材料的物理性能测试 |
3.3.1 物相分析测试 |
3.3.2 表面形貌测试 |
3.3.3 比表面积测试 |
3.4 电极材料的电化学性能测试 |
3.4.1 循环伏安法测试 |
3.4.2 恒流充放电测试 |
第4章 缓冲溶液法制备Mn掺杂Ni(OH)_2 的性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 电极材料的制备 |
4.2.2 电极极片的制作及配置电解液 |
4.3 结果分析 |
4.3.1 电极材料的XRD分析 |
4.3.2 电极材料的SEM测试 |
4.3.3 电极材料的BET测试 |
4.3.4 循环伏安测试 |
4.3.5 恒流充放电测试 |
4.4 本章小结 |
第5章 Mn-Mg复合掺杂Ni(OH)_2 的性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 电极材料的制备 |
5.2.2 电极极片的制作及配置电解液 |
5.3 结果分析 |
5.3.1 电极材料的XRD分析 |
5.3.2 电极材料的SEM分析 |
5.3.3 循环伏安测试 |
5.3.4 恒流充放电测试 |
5.4 本章小结 |
总结与展望 |
总结 |
展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的论文 |
致谢 |
(3)用于镍锌电池的镍基材料制备与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
引言 |
1 镍锌电池的介绍 |
1.1 二次电池 |
1.2 镍锌电池工作原理 |
1.3 镍锌电池的组成 |
1.3.1 镍电极 |
1.3.2 锌电极 |
1.3.3 电解液 |
1.3.4 隔膜 |
1.4 镍锌电池正极活性物质Ni(OH)2的研究进展 |
1.4.1 氢氧化镍的结构特性 |
1.4.2 氢氧化镍的制备方法 |
1.4.3 氢氧化镍掺杂及表面修饰特性 |
1.4.4 氢氧化镍研究最新进展 |
1.5 锌电极的研究现状 |
1.5.1 锌电极存在的问题及解决方法 |
1.5.2 锌电极的研究进展 |
1.6 选题意义及研究内容 |
2 实验内容与测试方法 |
2.1 化学试剂及化学设备 |
2.1.1 化学试剂 |
2.1.2 实验仪器设备 |
2.2 电池的组装 |
2.2.1 锌电极的制备 |
2.2.2 镍电极的制备 |
2.2.3 电解液 |
2.2.4 电池组装 |
2.3 材料的电化学测试 |
2.3.1 循环伏安(CV)测试 |
2.3.2 恒流充放电测试 |
2.3.3 恒电流间歇滴定技术(GITT) |
2.4 材料的物性分析 |
2.4.1 傅里叶红外光谱分析(FTIR) |
2.4.2 X射线衍射(XRD) |
2.4.3 X射线光电子能谱分析(XPS) |
2.4.4 扫描电镜(SEM) |
2.4.5 透射电镜(TEM) |
3 掺杂Mo的 Ni(OH)_2的制备及其电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 Mo-Ni(OH)_2的制备方法 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 Mo-Ni(OH)_2的结构分析 |
3.3.2 Mo-Ni(OH)_2的形态分析 |
3.3.3 Mo-Ni(OH)_2的电化学性能 |
3.3.4 镍钼比对电极材料性能的影响 |
3.3.5 Mo-Ni(OH)_2的比容量及循环稳定性分析 |
3.4 小结 |
4 用于Ni-Zn电池的三维花状Ni(OH)_2 的合成与研究 |
4.1 引言 |
4.2 3D花状氢氧化镍(HPMo/Ni(OH)_2)的制备 |
4.3 结果与分析 |
4.3.1 HPMo/Ni(OH)_2 的结构分析 |
4.3.2 HPMo/Ni(OH)_2 的形态分析 |
4.3.3 制备机理 |
4.3.4 电化学分析 |
4.3.5 HPMo/Ni(OH)_2 比容及稳定性分析 |
4.4 小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(4)铁镍电池正极材料的掺杂改性的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 铁镍电池组成、结构与工作原理 |
1.2.1 铁镍电池组成与结构 |
1.2.2 铁镍电池工作原理 |
1.3 Ni(OH)_2正极材料简介 |
1.3.1 Ni(OH)_2正极材料的结构 |
1.3.2 Ni(OH)_2正极材料的制备 |
1.3.3 Ni(OH)_2正极材料的研究进展 |
1.4 Ni(OH)_2正极添加剂的研究 |
1.4.1 Co添加剂的研究 |
1.4.2 Al添加剂的研究 |
1.4.3 Zn添加剂的研究 |
1.4.4 Ni(OH)_2正极材料稀土掺杂及耐高温研究 |
1.5 本论文的选题意义及主要研究内容 |
(1) Ni(OH)_2的制备 |
(2) 单种类电极添加剂的确定 |
(3) 稀土添加剂及高温性能的研究 |
(4) 多种类电极混合添加剂的确定 |
第2章 Ni(OH)_2正极掺杂的电化学性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验 |
2.2.1 实验材料 |
2.2.2 实验仪器及设备 |
2.3 镍基材料的制备 |
2.3.1 共沉淀法制备Ni(O)_2 |
2.3.2 Ni(OH)_2结构表征 |
2.3.3 固相反应法制备掺杂不同添加剂的Ni(OH)_2 |
2.4 电解液配制 |
2.5 电池组装与测试 |
2.5.1 电极的制备 |
2.5.2 电池的组装 |
2.5.3 电化学性能测试 |
2.6 结果与讨论 |
2.6.1 Ni(OH)_2正极材料的表征 |
2.6.2 单一添加剂对电池放电性能的影响 |
2.6.3 混合添加剂对电池放电性能的影响 |
2.6.4 最优各组对电池放电性能的影响 |
2.7 本章小结 |
第3章 Ni(OH)_2掺杂稀土及铁镍电池耐高温性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验 |
3.2.1 实验药品 |
3.2.2 实验仪器及设备 |
3.2.3 材料制备 |
3.2.4 电池性能测试 |
3.3 实验部分 |
3.3.1 无掺杂Ni(OH)_2正极及耐高温性能 |
3.3.2 无掺杂高温Ni(OH)_2SEM表征 |
3.3.3 La_2O_3掺杂氢氧化镍正极高温性能 |
3.3.4 Y_2O_3掺杂氢氧化镍正极高温性能 |
3.3.5 CeO_2掺杂氢氧化镍正极高温性能 |
3.3.6 Gd_2O_3掺杂氢氧化镍正极高温性能 |
3.3.7 Sm_2O_3掺杂氢氧化镍正极高温性能 |
3.3.8 Pr_6O_(11)掺杂氢氧化镍正极高温性能 |
3.3.9 TiO_2掺杂氢氧化镍正极高温性能 |
3.4 本章小结 |
第4章 Ni(OH)2复合掺杂及铁镍电池耐高温性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验 |
4.2.1 实验药品 |
4.2.2 实验仪器及设备 |
4.2.3 材料制备 |
4.2.4 实验测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 1.5%Al+1.5%Co-Ni(OH)_2正极材料高温性能 |
4.3.2 1 %La+1.5%Al+1.5%Co-Ni(OH)_2正极材料高温性能 |
4.3.3 3%Y+1.5%Al+1.5%Co-Ni(OH)_2正极材料高温性能 |
4.3.4 5%Y+1.5%Al+1.5%Co-Ni(OH)_2正极材料高温性能 |
4.3.5 3%Ce+1.5%Al+1.5%Co-Ni(OH)_2正极材料高温性能 |
4.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
(5)含碳镍基复合材料的合成及其在锌镍电池中的应用研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锌镍电池简介 |
1.2.1 锌镍电池与其它化学电源比较 |
1.2.2 锌镍电池的发展 |
1.2.3 锌镍电池工作原理 |
1.2.4 锌镍电池种类 |
1.2.5 锌镍电池存在的主要问题 |
1.3 锌镍电池正极材料研究进展 |
1.3.1 正极材料氢氧化镍的研究进展 |
1.3.2 金属离子稳定α-Ni(OH)_2的研究进展 |
1.3.3 正极材料α-Ni(OH)_2的合成方法 |
1.3.4 其它正极材料研究进展 |
1.4 含碳纳米复合材料研究进展 |
1.4.1 碳纳米复合材料介绍 |
1.4.2 水热碳化法合成碳纳米复合材料研究进展 |
1.5 论文的选题意义和主要研究内容 |
1.5.1 论文的选题意义 |
1.5.2 论文主要研究内容 |
2 实验方法 |
2.1 原材料 |
2.2 实验仪器 |
2.3 材料制备方法 |
2.3.1 水热法原位合成α-Ni(OH)_2/C复合材料方法 |
2.3.2 NiO/C复合纳米材料制备方法 |
2.3.3 Ni_2P/C复合纳米材料合成方法 |
2.4 材料表征方法 |
2.4.1 X射线衍射法 |
2.4.2 拉曼光谱法 |
2.4.3 红外吸收光谱法 |
2.4.4 X射线光电子能谱法 |
2.4.5 扫描电子显微法 |
2.4.6 透射电子显微镜法 |
2.4.7 BET比表面积测定法 |
2.5 电化学测试方法 |
2.5.1 三电极体系和两电极全电池体系 |
2.5.2 粉末多孔电极制备 |
2.5.3 循环伏安法 |
2.5.4 恒流充放电法 |
2.5.5 交流阻抗法 |
2.5.6 电化学性能测试主要步骤 |
3 氢氧化镍/碳复合材料的合成及其在锌镍电池中的应用 |
3.1 引言 |
3.2 材料的表征 |
3.2.1 XRD分析 |
3.2.2 FT-IR光谱分析 |
3.2.3 Raman光谱分析 |
3.2.4 XPS分析 |
3.2.5 SEM形貌分析 |
3.2.6 EDS与EA元素分析 |
3.2.7 HRTEM分析 |
3.2.8 BET比表面积分析 |
3.3 合成条件的影响 |
3.3.1 尿素量的影响 |
3.3.2 水热反应时间的影响 |
3.4 合成α-Ni(OH)_2和α-Ni(OH)_2/C的化学原理 |
3.5 介孔球形α-Ni(OH)_2/C复合材料的形成机理 |
3.6 材料的导电性 |
3.7 浓碱溶液中的稳定性 |
3.8 α-Ni(OH)_2/C复合材料的电化学特性 |
3.8.1 循环伏安行为 |
3.8.2 充放电分析 |
3.8.3 阻抗分析 |
3.9 本章小结 |
4 氧化镍/碳复合材料的制备及其在锌镍电池中的应用 |
4.1 引言 |
4.2 材料的表征 |
4.2.1 XRD分析 |
4.2.2 XPS分析 |
4.2.3 EDS与EA元素分析 |
4.2.4 形貌与比表面积分析 |
4.3 焙烧温度的影响 |
4.4 材料的导电性 |
4.5 NiO与NiO/C材料的电化学特性 |
4.5.1 在1 mol L~(-1) KOH溶液中的电化学特性 |
4.5.2 在6 mol L~(-1) KOH溶液中的电化学特性 |
4.6 本章小结 |
5 磷化镍/碳复合材料的合成及其在锌镍电池中的应用 |
5.1 引言 |
5.2 Ni_2P/C复合材料的表征 |
5.2.1 XRD分析 |
5.2.2 XPS分析 |
5.2.3 SEM形貌分析 |
5.2.4 元素分析 |
5.3 Ni_2P/C复合材料电化学性质 |
5.3.1 三电极体系中循环伏安行为 |
5.3.2 Ni_2P/C-Zn电池充放电特性 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 论文的创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
附录 |
A.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录 |
B.学位论文数据集 |
致谢 |
(6)中间相氢氧化镍的构筑及其在镍锌电池中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 镍锌电池简介 |
1.3 氢氧化镍的结构和研究进展 |
1.3.1 氢氧化镍的结构 |
1.3.2 氢氧化镍的制备方法 |
1.3.3 α-Ni(OH)_2的制备方法和研究进展 |
1.4 选题依据、主要研究内容和创新之处 |
第二章 α-β-Ni_(1-x)Mn_x(OH)_2 的合成、结构及电化学性能 |
2.1 前言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验试剂与材料 |
2.2.2 材料合成 |
2.2.3 材料表征 |
2.2.4 电极的制备和NiZn电池的组装 |
2.2.5 电化学测试 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 XRD分析 |
2.3.2 FT-IR分析 |
2.3.3 TEM分析和EDS分析 |
2.3.4 循环伏安测试 |
2.3.5 阻抗测试 |
2.3.6 NiZn电池的充放电性能测试 |
2.4 本章小结 |
第三章 α-β-Ni_(1-x)Mn_x(OH)_2/CNT复合材料的合成、结构及电化学性能 |
3.1 前言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验试剂与材料 |
3.2.2 材料合成 |
3.2.3 表征 |
3.2.4 电极的制备和NiZn电池的组装 |
3.2.5 电化学测试 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 XRD分析 |
3.3.2 TEM分析 |
3.3.3 循环伏安测试 |
3.3.4 阻抗测试 |
3.3.5 充放电测试 |
3.3.6 电池测试 |
3.4 本章小结 |
第四章 NiZn电池的组装及电化学性能研究 |
4.1 前言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验试剂与材料 |
4.2.2 材料制备 |
4.2.3 电极的制备和NiZn电池的组装 |
4.2.4 电性能测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 总结 |
5.2 本论文创新之处 |
5.3 展望 |
参考文献 |
攻读学位期间研究成果 |
致谢 |
(7)氢氧化镍纳米复合石墨烯的制备及其超级电容器的应用(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 超级电容器简介 |
1.1.1 电容器的发展 |
1.1.2 超级电容器的特点 |
1.2 超级电容器的分类及其储能机理 |
1.2.1 双电层超级电容器 |
1.2.2 赝电容超级电容器 |
1.2.3 非对称超级电容器 |
1.3 氢氧化镍的结构及其电化学反应性质 |
1.3.1 氢氧化镍的分类及其结构 |
1.3.2 氢氧化镍储能机理 |
1.4 氢氧化镍的制备方法 |
1.4.1 化学沉淀法 |
1.4.2 电解法 |
1.4.3 溶胶-凝胶法 |
1.4.4 水热法(溶剂热法) |
1.5 氢氧化镍电极材料研究进展 |
1.6 石墨烯的制备及其研究进展 |
1.6.1 化学剥离法 |
1.6.2 硬模板法 |
1.6.3 化学气相沉积法(CVD) |
1.7 本论文的研究意义和研究思路及主要内容 |
第2章 β-氢氧化镍纳米复合石墨烯的制备及其电化学性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 主要实验试剂与仪器 |
2.3 实验过程 |
2.3.1 β-Ni(OH)_2/rGO纳米复合电极材料的制备 |
2.3.2 电极制备 |
2.3.3 电化学性能测试 |
2.4 结果与讨论 |
2.4.1 材料的结构表征 |
2.4.2 材料的形貌特征 |
2.4.3 材料的电化学性能测试 |
2.5 本章小结 |
第3章 β-Ni(OH)_2/rGO//rGO非对称超级电容器的电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 非对称超级电容器的设计 |
3.2.1 负极材料的制备及电化学性能测试 |
3.2.2 正负极电位窗口的确定 |
3.2.3 非对称超级电容器的组装 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 循环伏安测试 |
3.3.2 恒电流充放电(GCD)测试 |
3.3.3 电化学阻抗测试 |
3.3.4 循环稳定性测试 |
3.4 本章小结 |
第4章 铝掺杂α-氢氧化镍纳米复合石墨烯电极材料的制备及其电化学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 主要实验试剂与仪器 |
4.2.1 主要实验试剂 |
4.2.2 主要实验仪器 |
4.3 实验过程 |
4.3.1 层状介孔Al-α-Ni(OH)_2/rGO纳米复合材料的制备 |
4.3.2 电极制备 |
4.3.3 电化学性能测试 |
4.3.4 NG80//rGO非对称超级电容器的组装 |
4.4 结果与讨论 |
4.4.1 材料的结构表征 |
4.4.2 材料的形貌特征 |
4.4.3 材料的电化学性能测试 |
4.4.4 非对称超级电容器的电化学性能测试 |
4.5 本章小结 |
第5章 结论 |
5.1 研究总结 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果 |
(8)锌镍单液流电池正极性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 锌镍单液流电池的概述 |
1.2.1 锌镍单液流电池工作原理 |
1.2.2 锌镍单液流电池的研究现状 |
1.3 锌镍单液流电池正极材料 |
1.3.1 正极材料Ni(OH)_2 的充放电原理 |
1.3.2 正极材料Ni(OH)_2 的制备工艺 |
1.4 金属元素的掺杂 |
1.4.1 单元素Mn~(2+)取代的Ni(OH) |
1.4.2 单元素Al~(3+)取代的Ni(OH) |
1.4.3 复合取代的Ni(OH) |
1.4.4 其他离子取代的Ni(OH) |
1.5 本文研究内容 |
第2章 实验内容及测试方法 |
2.1 实验内容 |
2.1.1 实验药品 |
2.1.2 实验仪器 |
2.1.3 样品制备 |
2.2 电极材料的物理性能测试 |
2.2.1 电极材料物相分析测试 |
2.2.2 电极材料表面形貌测试 |
2.3 电极材料的电化学性能测试 |
2.3.1 循环伏安法测试 |
2.3.2 恒流充放电测试 |
第3章 缓冲溶液法制备Al代 α-Ni(OH)_2 的性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 电极材料的制备 |
3.2.2 电极极片的制备 |
3.2.3 电解液配置 |
3.3 结果分析 |
3.3.1 电极材料的XRD分析 |
3.3.2 电极材料的SEM分析 |
3.3.3 循环伏安法测试 |
3.3.4 恒流充放电测试 |
3.3.5 倍率性能测试 |
3.4 本章小结 |
第4章 Mn掺杂Ni(OH)_2 合成及电化学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 电极材料的制备 |
4.2.2 电极极片的制备 |
4.2.3 电解液配置 |
4.3 结果分析 |
4.3.1 电极材料的XRD分析 |
4.3.2 电极材料的SEM分析 |
4.3.3 循环伏安法测试 |
4.3.4 恒流充放电测试 |
4.3.5 倍率性能测试 |
4.4 本章小结 |
第5章 Mn取代α-Ni(OH)_2 的性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 电极材料的制备 |
5.2.2 电极极片的制作 |
5.2.3 电解液配置 |
5.3 Ni_(0.955-x) Al_x Co_(0.015)Zn_(0.03)(OH)_2 结构和电化学性能 |
5.3.1 电极材料的XRD分析 |
5.3.2 电极材料的SEM分析 |
5.3.3 循环伏安法测试 |
5.3.4 恒流充放电测试 |
5.3.5 倍率性能测试 |
5.4 Ni_(0.775-y) Al_(0.18)Mn_y Co_(0.015)Zn_(0.03)(OH)_2 结构和电化学性能 |
5.4.1 电极材料的XRD分析 |
5.4.2 电极材料的SEM分析 |
5.4.3 循环伏安法测试 |
5.4.4 恒流充放电测试 |
5.4.5 倍率性能测试 |
5.5 本章小结 |
总结与展望 |
总结 |
展望 |
参考文献 |
攻读学位期间发表的论文和科研成果 |
致谢 |
(9)NCM622正极材料的绿色制造及其储能和失效机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 动力锂离子电池概述 |
1.2.1 动力锂离子电池的工作原理 |
1.2.2 动力锂离子电池正极材料概述 |
1.2.3 Li Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2制备方法研究进展 |
1.2.4 Li Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2改性研究进展 |
1.3 选题目的、意义及研究内容 |
1.3.1 选题目的及意义 |
1.3.2 本课题的主要研究内容 |
第二章 试剂及实验测试方法 |
2.1 实验用材及采用仪器 |
2.1.1 实验用材 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 测试及表征 |
2.2.1 振实密度测试 |
2.2.2 比表面积测试 |
2.2.3 X射线衍射物相分析 |
2.2.4 结构形貌分析 |
2.2.5 元素含量及分布表征 |
2.2.6 元素化合价分析 |
2.3 电化学性能表征 |
2.3.1 CR2025 纽扣半电池的组装 |
2.3.2 循环及倍率性能测试 |
2.3.3 循环伏安特性测试 |
2.3.4 电化学阻抗测试 |
2.4 本章小结 |
第三章 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料的制备及电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 共沉淀的热力学、动力学模型构建及络合剂可行性分析 |
3.2.1 共沉淀热力学模型构建 |
3.2.2 共沉淀动力学模型构建 |
3.2.3 绿色环保型络合剂可行性分析 |
3.3 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料的制备方法 |
3.3.1 [Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)](OH)_2前驱体制备 |
3.3.2 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2])O_2正极材料制备 |
3.4 共沉淀p H值对正极材料晶体结构、表面形貌及电化学性能的影响 |
3.4.1 共沉淀p H值对[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)](OH)_2前驱体结构和表面形貌的影响 |
3.4.2 共沉淀p H值对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2的结构及表面形貌的影响 |
3.4.3 共沉淀p H值对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料电化学性能的影响 |
3.5 共沉淀温度对正极材料晶体结构、表面形貌及电化学性能的影响 |
3.5.1 共沉淀温度对[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)](OH)_2前驱体结构和表面形貌的影响 |
3.5.2 共沉淀温度对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2的晶体结构及表面形貌的影响 |
3.5.3 共沉淀温度对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料电化学性能的影响 |
3.6 烧结温度对正极材料的结构、表面形貌及电化学性能的影响 |
3.6.1 烧结温度对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2的结构和表面形貌的影响 |
3.6.2 烧结温度对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2电化学性能的影响 |
3.7 烧结时间对正极材料的结构、表面形貌及电化学性能的影响 |
3.7.1 烧结时间对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2结构及表面形貌影响 |
3.7.2 烧结时间对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2电化学性能的影响 |
3.8 本章小结 |
第四章 Ti_3C_2(OH)_2表面包覆Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料的电化学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 Ti_3C_2(OH)_2包覆Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2的制备 |
4.2.1 包覆材料Ti_3C_2(OH)_2的制备 |
4.2.2 Ti_3C_2(OH)_2包覆Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料 |
4.3 Ti_3C_2(OH)_2包覆Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2的结构及表面形貌 |
4.3.1 Ti_3C_2(OH)_2包覆Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2的X射线衍射分析 |
4.3.2 Ti_3C_2(OH)_2包覆Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2的SEM,EDS分析 |
4.4 Ti_3C_2(OH)_2包覆Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2的电化学性能测试 |
4.4.1 Ti_3C_2(OH)_2包覆对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2充放电性能的影响 |
4.4.2 Ti_3C_2(OH)_2包覆对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2电化学阻抗的影响 |
4.4.3 Ti_3C_2(OH)_2包覆对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2锂离子扩散性能的影响 |
4.5 本章小结 |
第五章 高低温对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2及Ti_3C_2(OH)_2包覆正极材料电化学性能的影响研究 |
5.1 引言 |
5.2 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2的EDS分析 |
5.3 高低温对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2电化学性能的影响 |
5.3.1 高低温对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2充放电性能的影响 |
5.3.2 高低温对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2电化学阻抗的影响 |
5.3.3 高低温对Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2锂离子扩散性能的影响 |
5.4 高低温对Ti_3C_2(OH)_2包覆Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2电化学性能的影响 |
5.4.1 高低温对Ti_3C_2(OH)_2包覆Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2充放电性能的影响 |
5.4.2 高低温对Ti_3C_2(OH)_2包覆Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2阻抗及离子扩散性能的影响 |
5.5 本章小结 |
第六章 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2嵌锂过程建模及仿真分析 |
6.1 引言 |
6.2 有限元法及COMSOL软件简介 |
6.3 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料有限元建模 |
6.3.1 模型构建 |
6.3.2 模型边界条件 |
6.4 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料电解质扩散研究 |
6.4.1 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料中的电解质盐浓度分析 |
6.4.2 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料插入粒子浓度分析 |
6.5 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料热效应研究 |
6.5.1 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料嵌锂热效应分析 |
6.5.2 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2嵌锂过程中温升变化 |
6.6 Li[Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)]O_2正极材料应力研究 |
6.7 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 本文主要结论 |
7.2 本文创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
(10)氢氧化镍材料制备的研究进展(论文提纲范文)
1 纯相氢氧化镍的制备 |
1.1 液相沉淀法 |
1.2 均相沉淀法 |
1.3 水热法 |
1.4 氧化法 |
1.5 高压水解法 |
1.6 离子交换树脂法 |
1.7 微乳液法 |
1.8 电解法 |
1.9 机械化学合成法 |
2 掺杂氢氧化镍的制备 |
2.1 化学共沉淀法 |
2.2 无限稀释法 |
2.3 化学浴沉积法 |
2.4 均匀沉淀法 |
2.5 微乳液法 |
3 制备掺杂Ni(OH)2性能的影响因素 |
3.1 反应体系p H对Ni(OH)2性能的影响 |
3.2 CO32-对掺杂氢氧化镍的影响 |
4 结语 |
四、均相沉淀法制备α-Ni(OH)_2及其电化学性能研究(论文参考文献)
- [1]超级电容器用镍基复合电极材料的制备与性能研究[D]. 祁星耀. 太原理工大学, 2020(01)
- [2]锌镍单液流电池正极掺杂改性研究[D]. 窦飞. 江苏科技大学, 2020(03)
- [3]用于镍锌电池的镍基材料制备与性能研究[D]. 周小杰. 大连理工大学, 2020(02)
- [4]铁镍电池正极材料的掺杂改性的研究[D]. 刘达. 沈阳理工大学, 2020(01)
- [5]含碳镍基复合材料的合成及其在锌镍电池中的应用研究[D]. 李济澜. 重庆大学, 2019(01)
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- [7]氢氧化镍纳米复合石墨烯的制备及其超级电容器的应用[D]. 黎辉常. 华侨大学, 2019(01)
- [8]锌镍单液流电池正极性能研究[D]. 邢如月. 江苏科技大学, 2019(09)
- [9]NCM622正极材料的绿色制造及其储能和失效机理研究[D]. 徐立鹏. 南京航空航天大学, 2019(01)
- [10]氢氧化镍材料制备的研究进展[J]. 吕祥,和晓才,俞小花,谢刚. 电池, 2017(01)