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铝代氢氧化镍的制备及其电化学性能研究

作　者: 雷婷
导　师: 王贵领
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 应用化学
关键词: 铝代氢氧化镍原位生长法镍氢电池电化学电容器电化学性能
分类号: TQ138.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

氢氧化镍基于其优越的电化学性能和在可充电镍基电池的运用，它已经引起了人们广泛地研究兴趣。基于其高理论比电容，循环稳定好，环境友好等优势，也可以将其应用到电化学电容器中作为储能材料。本论文对氢氧化镍在镍氢电池和电化学电容器中的电化学性能做了较全面地研究。在此论文中，通过采用原位生长法，镍盐和铝盐为反应液，制备不同的含少量铝的铝代氢氧化镍。由XRD、SEM和TEM表征分析材料的晶相结构、组成和形貌特征，由结果可知7%Al-Ni（OH）₂是一种α/β的混合晶相结构，晶粒尺寸为15nm，纳米薄片无序交错，垂直生长在泡沫镍基体上，构成带有开放微孔结构的纳米结构。不同含Al量的氢氧化镍中的实际含Al量通过EDS和ICP-MS测试来测定，其数据分析结果与原料配比中的含Al量相近。将不同含Al量的Al代Ni（OH）₂应用于镍氢电池时，通过循环伏安，交流阻抗和恒流充放电等电化学测试手段，对其进行了研究。结果发现，7%Al-Ni（OH）₂在0.2C、1C和2C下，放电比容量分别为324.5mAh·g-1，306.7mAh·g-1和297.4mAh·g-1，在循环200圈测试中，7%Al-Ni（OH）₂最终的放电比容量稳定在298mAh·g-1。7%Al-Ni（OH）₂作为镍氢电池正极材料时，放电容量可超过β-Ni（OH）₂的理论比容量289mAh·g-1。由此可见，将Al作为添加剂对氢氧化镍改性，可大幅提高镍氢电池的电池性能，这可能得力于7%Al-Ni（OH）₂的α/β的混合晶相结构。将不同含Al量的Al代Ni（OH）₂应用于电化学电容器时，通过一些电化学手段对其电化学储能性能进行了测试。结果发现，7%Al-Ni（OH）₂在1A·g-1和20A·g-1放电时，7%Al-Ni（OH）₂的比电容分别为2358.4F·g-1和593.5F·g-1，小电流密度下的比电容值接近于β-Ni（OH）₂的理论比电容2601F·g-1。在1A·g-1时，循环500圈测试中，7%Al-Ni（OH）₂比电容保持率为77.9%，最终比电容维持在1791.5F·g-1左右，远远超过了利用该法制备的β-Ni（OH）₂的电容性能。由此可见，在氢氧化镍中掺入少量的Al，可大幅提高电化学电容器的电容性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-27
  1.1 引言  11-12
  1.2 MH-Ni 电池简介  12-15
    1.2.1 MH-Ni 电池的发展概况  12-13
    1.2.2 MH-Ni 电池的工作原理  13-14
    1.2.3 MH-Ni 电池的特点  14-15
  1.3 电化学电容器简介  15-19
    1.3.1 电化学电容器的基本原理与分类  15-17
    1.3.2 电化学电容器的电极材料  17-18
    1.3.3 电化学电容器的特点及用途  18-19
  1.4 氢氧化镍的研究概况  19-25
    1.4.1 氢氧化镍的基本结构  19-21
    1.4.2 氢氧化镍的电化学性质  21-22
    1.4.3 氢氧化镍的研究进展  22-24
    1.4.4 氢氧化镍的制备  24-25
  1.5 本论文选题意义及研究内容  25-27
    1.5.1 本论文选题意义  25-26
    1.5.2 本论文研究内容  26-27
第2章实验部分  27-33
  2.1 实验试剂与仪器  27-28
    2.1.1 实验试剂  27
    2.1.2 实验仪器  27-28
  2.2 电极材料的制备  28-30
    2.2.1 泡沫镍基体的前处理  28-29
    2.2.2 Al 代 Ni(OH)_2电极的制备  29-30
  2.3 电极材料的表征  30-31
    2.3.1 X 射线衍射(XRD)  30
    2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)  30
    2.3.3 透射电子显微镜(TEM)  30
    2.3.4 能量弥散 X 射线谱(EDS)  30
    2.3.5 电感耦合等离子体质谱分析(ICP-MS)  30-31
  2.4 电极材料的电化学性能测试  31-32
    2.4.1 循环伏安测试(CV)  31
    2.4.2 交流阻抗测试(EIS)  31
    2.4.3 恒流充放电测试(CP)  31-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章 Al 代 Ni(OH)_2的制备及表征分析  33-43
  3.1 引言  33
  3.2 Al 代 Ni(OH)_2的物相表征  33-41
    3.2.1 XRD 分析  33-35
    3.2.2 SEM 和 TEM 表征  35-38
    3.2.3 EDS 表征  38-41
    3.2.4 ICP-MS 分析  41
  3.3 本章小结  41-43
第4章 Al 代 Ni(OH)_2作为 MH-Ni 电池正极材料的电化学性能研究  43-52
  4.1 引言  43
  4.2 循环伏安测试  43-45
  4.3 交流阻抗测试  45-47
  4.4 恒流充放电测试  47-50
  4.5 循环性能测试  50-51
  4.6 本章小结  51-52
第5章 Al 代 Ni(OH)_2作为电化学电容器材料的电化学性能研究  52-62
  5.1 引言  52
  5.2 循环伏安测试  52-54
  5.3 恒流充放电测试  54-58
  5.4 循环性能测试  58-59
  5.5 循环测试 500 圈后的电化学性能测试  59-60
  5.6 本章小结  60-62
结论  62-64
参考文献  64-72
硕士期间发表的论文和取得的科研成果  72-73
致谢  73

铝代氢氧化镍的制备及其电化学性能研究

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