介孔化和空心化制备氧化镍超级电容器的研究

氧化镍是一种特殊的过渡金属氧化物，能制成超级电容器，具有能量密度高、充电快、寿命长等优点，可用于电动汽车的储能装置。高分散和高比表面是过渡金属氧化物电极电容材料取得高比容量的关键所在，介孔化和空心化则是达到这一目标的有力手段。本研究将采用不同类型的表面活性剂通过化学沉淀法制备具有介孔结构的前驱体，然后经焙烧得到介孔氧化镍；并以多种糖类的水热聚合物为模板制备具有核-壳结构的前驱体，然后经焙烧得到氧化镍空心球。采用XRD、SEM、TEM、FTIR、氮气吸附-脱附等手段对产物进行表征，通过循环伏安法和恒流充放电实验评价其电化学性能，并进一步组装成电池。研究表面活性剂诱导前驱体形成介孔结构和糖类水热聚合物诱导形成空心结构的作用机理，探明形貌、结构等因素和界面现象影响氧化镍超电容性质的规律及机理。这对合成介孔和空心材料的机理研究，实现材料的可控制备，发展超级电容器有重要的科学意义和参考价值。

寻找高效节能、低排放的动力能源或储能装置，是世界各国研究的热点问题。超级电容器(又称为电化学电容器）具有能量密度高、充电快、寿命长等优点，是一种理想的储能装置。超级电容器根据储能机理可分为双电层电容器和赝电容器（或称法拉第准电容器），在相同电极面积下，后者的电容量和能量密度可以是前者的10-100倍。目前赝电容器电极材料主要为一些过渡金属氧化物和导电聚合物，其取得高比容量的关键即是提高材料的比表面和分散性，将材料介孔化或空心化则是实现这一目标的有力手段。氧化镍是一种价格低廉、环境友好的赝电容电极材料，本项目以硝酸镍为镍源、尿素为沉淀剂，通过采用不同模板剂（混合表面活性剂、碳质微球）实现了介孔氧化镍和氧化镍空心球的合成。在以混合表面活性剂（SDS/P123、CTAB/P123、SDS/CTAB）为模板合成介孔氧化镍的研究中，重点研究了混合表面活性剂中组分混合类型和混合比例对最终产物氧化镍的形貌和介孔结构的影响，并阐述了混合表面活性剂自组装形成混合胶束（模板）并诱导前驱体形成稳定孔结构的作用机理。在以碳质微球为模板合成氧化镍空心球方面，分别采用葡萄糖、蔗糖、淀粉为碳源在水热过程中形成碳质微球模板，重点研究了不同工艺路线和原料物比例对形成氧化镍空心结构的影响，并解释了以碳质微球为模板制备具有多层空心结构的氧化镍的形成机理。把所得氧化镍制成电极，采用循环伏安法、恒流充放电法、电化学阻抗谱评价其电化学性能，结果表明本研究合成的氧化镍具有较好的电化学稳定性和可逆性，其中以SDS/P123为模板制备的氧化镍的比电容达278 F•g-1。并从微/介观角度探索了影响氧化镍电化学性能的机理。本研究对合成介孔材料和空心材料的机理研究，实现材料的可控制备，发展超级电容器有重要的科学意义和应用参考价值。