鎳鈷基金屬氧化物芯殼納米纖維的電化學性能研究.pdf

1、開發(fā)新能源可以有效的緩解能源短缺和環(huán)境污染問題，研究儲能器件對新能源的利用起到了至關重要的作用。超級電容器（Supercapacitor）作為一種新型儲能器件，兼具高能量密度和高功率密度的優(yōu)點，廣泛應用于混合動力汽車、便攜式電子設備、軍事等領域。超級電容器的電化學性能主要由其電極材料決定，鎳鈷基金屬氧化物作為一種理論容量高、廉價、環(huán)保的電極材料，受到了研究者的廣泛關注。本文以制備性能優(yōu)異的超級電容器電極材料為出發(fā)點，采用同軸靜電紡絲工藝

2、制備出一系列鎳鈷基金屬氧化物芯殼結構復合納米纖維電極材料。通過XRD、SEM、TEM等手段對制備出的材料進行了微觀形貌和結構的表征；使用電化學工作站對制備出的電極進行了循環(huán)伏安、恒流充放電和交流阻抗等電化學性能測試。主要研究內容如下：
　　1.以PVP/Ni(NO3)2、PVP/Co(NO3)2為前軀體，通過靜電紡絲法結合熱處理工藝制備出單體NiO纖維、單體Co3O4纖維和具有芯殼結構的NiO@Co3O4復合納米纖維，對制備出的三

3、種電極材料分別進行了微觀形貌、結構的表征和電化學性能測試。芯殼復合帶來的協同效應使得材料的電化學性能得到了大幅提升，NiO@Co3O4芯殼復合納米纖維電極在1Ag-1電流密度下比電容達到了437Fg-1，遠大于單體NiO纖維的221Fg-1和單體Co3O4纖維的283 Fg-1；即使電流密度達到40Ag-1時，容量仍能保持60%左右，具有良好的倍率性能；交流阻抗的測試結果表明，NiO@Co3O4芯殼復合納米纖維在高、中、低頻區(qū)域對應的三

4、種阻抗Rs,Rct和Zw均小于兩種單體材料；在5Ag-1的電流密度下循環(huán)1000次后，NiO@Co3O4芯殼復合納米纖維電極的容量剩余為82.9%，優(yōu)于NiO單體的77.4%和Co3O4單體的78.8%，循環(huán)穩(wěn)定性也有所提升。
　　2.以PVP/Ni(NO3)2/Co(NO3)2、PVP/Mn(CH3COO)2/Co(NO3)2為前軀體，通過同軸靜電紡絲法結合不同焙燒溫度制備出具有芯殼結構的NiCo2O4@MnCo2O4復合納米纖

5、維電極材料。對熱處理溫度分別在500℃、600℃和700℃的電極材料進行了微觀形貌、結構的表征和電化學性能測試，分析討論了不同焙燒溫度對電極材料形貌性能的影響。結果顯示：熱處理溫度在500℃、600℃、700℃時均得到了結晶良好的尖晶石結構NiCo2O4、MnCo2O4復合材料，500℃時得到的芯殼纖維結構最為連續(xù)完整；隨著焙燒溫度的升高，分子熱運動加劇，晶粒不斷長大，600℃時纖維斷裂成十幾微米的短棒；700℃時碎裂成段并粘連在一起，

6、完全失去一維結構，芯層和殼層也互融在一起。電化學性能測試表明500℃焙燒時具有最完整一維纖維和三維網狀結構的電極材料整體電化學性能最優(yōu)，在1Ag-1電流密度下比電容達到了463Fg-1，高于600℃時的362Fg-1和700℃時的283Fg-1；交流阻抗測試表明完整的一維纖維結構為電子、離子的轉移提供了天然的通道，致使500℃焙燒的樣品阻抗最小，形貌最差的700℃焙燒樣品阻抗最大。500℃熱處理得到的NiCo2O4@MnCo2O4芯殼復