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掺杂纳米氢氧化镍的制备、结构表征及其电化学性能研究

作　者: 苏宇红
导　师: 吴海龙
学　校: 湖南大学
专　业: 分析化学
关键词: 微乳液法 纳米氢氧化镍 复合掺杂 作用机理 电化学性能
分类号: O614.813
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


随着纳米材料科学技术的迅猛发展,纳米材料的应用研究已逐渐扩展到化学电源领域。纳米氢氧化镍作为一种新型氢镍电池活性材料,已成为国内外竞相研究和开发的热点[1]。本文采用微乳液法通过复合掺杂Co、Zn合成纳米β-Ni(OH)2,优化工艺条件为:反应pH值、温度、掺杂剂Co、Zn的含量分别为11、50℃、4%、6%。该条件下所制备样品的振实密度和松装密度分别达2.02、1.62g/cm3;晶胞参数a=0.3093nm,c=0.4615nm;样品平均粒径大小约为80nm;样品的Raman光谱在322、451、3573 cm-1处出现了β-Ni(OH)2的特征峰,同时还在3676、3610、519cm-1处出现了与晶体结构缺陷有关的附加峰;对样品粉末微电极进行的循环伏安测试,复合掺杂Co、Zn的样品较未掺杂、单独掺杂Co或Zn的样品具有更好的循环伏安特性,其氧化峰与还原峰电位之差为83mV,析氧电位与还原电位之差为65 mV。通过优化合成工艺采用微乳液法掺杂Al、Zn合成纳米α-Ni(OH)2粉体的条件为:反应pH值、温度、Al、Zn含量分别为11、30℃、9%和5%。在该条件下所制备样品的平均粒径大小约为80nm;且样品的层间距较大,晶格常数a=0.2917nm,c=0.7881nm;浸泡一个月后样品的XRD特征峰没有消失,其充放电性能几乎未发生变化,说明样品具有很好的稳定性;样品在3426.1和1635.7 cm-1处各出现了一宽的IR吸收峰,说明有结晶水存在。分析实验结果显示,具有高比表面积纳米活性Ni(OH)2粉体,增强了与电解液的接触,减少质子在固相中的扩散距离,提高了质子扩散性能,有效地降低活性物质的实际电流密度,减少电极材料在电极过程中的极化程度,从而增大镍电极充放电电流效率。同时由于掺杂剂的协同作用,改善了氢氧化镍的晶体结构,使其在电极过程状态较稳定,电化学活性增强,电极的电化学性能明显提高。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-25
  1.1 引言  10
  1.2 氢氧化镍的研究进展  10-17
    1.2.1 氢氧化镍的晶型结构和反应机理  10-12
    1.2.2 镍电极的反应机理  12-13
    1.2.3 氢氧化镍的制备方法  13-17
  1.3 纳米Ni(OH)_2 的研究进展  17-23
    1.3.1 纳米Ni(OH)_2 的制备及其电化学性能  17-23
    1.3.2 纳米镍正极材料的发展前景与问题  23
  1.4 本文研究的主要内容及意义  23-25
第2章 工作原理  25-30
  2.1 镍电极的工作原理  25-26
  2.2 微乳液法合成纳米氢氧化镍的工作原理  26-30
    2.2.1 微乳液合成法的原理  26-27
    2.2.2 微乳液的形成机理  27-28
    2.2.3 微乳液体系的反应原理  28-30
第3章 钴、锌复合掺杂纳米β-Ni(OH)_2的制备、结构及其电化学性能  30-45
  3.1 实验部分  30-31
    3.1.1 主要试剂和仪器  30
    3.1.2 微乳液法合成工艺  30
    3.1.3 样品镍电极的制备  30
    3.1.4 样品的结构形态表征及电化学性能测试  30-31
  3.2 实验结果与讨论  31-45
    3.2.1 样品合成工艺条件对其充放电性能的影响  31-37
    3.2.2 样品的晶型结构及形态  37-42
    3.2.3 样品粉末微电极的循环伏安特性  42-43
    3.2.4 纳米β-Ni(OH)_2 材料的电化学活性作用机理探讨  43-45
第4章 铝、锌复合掺杂纳米α-Ni(OH)_2的制备及其电化学性能研究  45-56
  4.1 实验部分  45-46
    4.1.1 主要试剂和仪器  45
    4.1.2 微乳液法合成工艺  45
    4.1.3 样品镍电极的制备  45
    4.1.4 样品的结构形态表征及电化学性能测试  45-46
  4.2 结果与讨论  46-56
    4.2.1 样品的结构与性能  46-48
    4.2.2 掺杂样品的充放电性能及其作用机理  48-49
    4.2.3 制备体系反应条件对样品充放电性能的影响  49-53
    4.2.4 样品的不同倍率放电性能的比较  53-55
    4.2.5 样品的稳定性研究  55-56
结论  56-57
参考文献  57-61
致谢  61-62
附录  62

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 金属元素及其化合物 > 第Ⅷ族金属元素及其化合物 > 铁系金属元素 > 镍Ni
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