非晶态多元金属氢氧化物混合纳米材料的合成及其电化学储能性能的研究

Utilizing inorganic amorphous electrode materials as the main research objective, this project aims to systematically study the synthesis and electrochemical energy storage properties of amorphous mixed-metal hydroxides, to explore the impact of various metal atom ratios on the electrode materials as well as the electrochemical capacitance property, to persue optimal atom ratios. In-situ raman spectroelectrochemistry would be employed to record the phase change of electrode surface during the electrochemical reaction being carried out. Combing with the structure, morphology characterization results, the physical and chemical mechanism of amorphous electrode possessing excellent electrochemical performances and mechanism of amorphous phase synthesis can be explored. This project exhibits important scientific value for which can not only broaden the application of amorphous electrode materials in the fields of electrochemical energy storage, but also provide basic experimental data for the design, selection and modification of electrode materials.

本项目拟以非晶态电极材料为主要研究对象，系统研究非晶态多元金属氢氧化物混合材料的电化学合成与电化学储能性能，探索非晶态过渡金属氢氧化物混合物的混合比例对电极材料对电化学电容性性能的影响, 寻求最佳原子比。同时采用拉曼光谱电化学原位测试技术实时记录电化学反应过程中中间产物及电极表面的变化，并结合反应产物微观结构，形貌等表征结果来揭示多元金属氢氧化物混合材料的电化学合成机制及非晶电极材料具有良好电化学电容特性的物理化学机理；所以，本项目研究不仅有助于拓展非晶态电极材料在电化学储能领域的应用，而且为电化学储能领域中电极材料的设计、筛选和改性提供实验基础，因此具有重要的科学价值。

过渡金属（氢）氧化物复合材料是当下电化学储能领域研究热点之一。本项目立足于非晶态过渡金属（铁、钴、镍等）氢氧化物，致力于非晶多金属氢氧化物复合材料的合成及电化学性能的研究。本项目通过一种简单的电化学沉积法成功地制备出一系列钴基及镍基多金属氢氧化物，并对其物相及电化学性能进行了系统的表征、测试与分析。进一步研究了非晶态多元金属氢氧化物复合材料的合成机理，探索了不同金属元素配比对多元金属氢氧化物复合材料电化学性能的影响，分析影响电极比容量、倍率性和长循环寿命的主要因素，揭示了非晶电极材料优异电化学电容特性的物理化学机理。该项研究不仅有助于拓展非晶态电极材料在电化学储能领域的应用，而且为电化学储能领域中电极材料的设计、筛选和改性提供实验基础，因此具有重要的科学价值。通过该项目的研究获得了系列重要结果和数据:（1）相比于非晶氢氧化镍及氢氧化钴，该项目中所合成的多金属氢氧化物复合材料在电化学循环稳定性及倍率性均有着显著的提高。（2）在这一系列钴基和镍基双金属氢氧化物中，钴镍双金属氢氧化物CoxNi1-x(OH)2电极的电化学电容性能要明显优于其它电极。CoxNi1-x(OH)2中Co/Ni最优原子比为1：1，即Co0.5Ni0.5(OH)2表现出最优的电化学储能性能。Co0.5Ni0.5(OH)2不但具有比电容高、倍率性强（当扫描速率增大到初始值的100倍时，其比电容依然保持在初始值的87%），同时还克服了晶体复合材料循环稳定性差的缺点而具有超长循环寿命(100000圈后，电容器比电容保持率为98%)。（3）对于三元合金靶，当靶中Co/Ni/Fe的原子为1：1：1时，合成的样品的电化学性能综合指标最优。