纳米多孔结构金属镍膜的电化学制备、表面修饰及其赝电容性能

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51174176
项目类别：
面上项目
资助金额：
60.0万
负责人：
王建明
依托单位：
浙江大学
学科分类：
E0410.冶金物理化学与冶金原理
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
邵海波；樊玉欠；周环；万辉；方文斌；徐晶；蔡荆；
关键词：
氢氧化镍电沉积多孔镍赝电容电化学去合金化

项目摘要

氢氧化镍/氧化镍由于具有电极电位高、容量大与循环稳定性好等优异特性，被认为是很有潜力的超级电容器用电极材料。但目前其存在着实际比电容相对较低、电化学循环稳定性有待提高等问题。本项目拟采用电化学合金-去合金化方法在镍表面直接制备纳米多孔结构的金属镍层，利用电化学方法在多孔镍内原位负载纳米氢氧化镍/氧化镍膜，构筑具有多层次纳米孔结构的镍基复合膜电极，并对其电化学行为与赝电容性能进行表征。系统研究电化学合金-去合金化法制备多孔结构金属镍膜的电极过程与成孔机制，揭示牺牲金属组分的腐蚀行为与多孔结构的内在联系，实现纳米多孔结构金属镍膜的可控制备；采用不同电化学方法在纳米多孔结构金属镍膜上原位负载稳态Alpha型氢氧化镍/氧化镍膜，明晰多孔镍膜表面状态的影响，实现对表面膜微结构和厚度的有效控制；深入研究表面膜的比电容与孔径大小的内在关联，探求提高三维纳米多孔结构镍基复合膜电极赝电容性能的有效途径。

结项摘要

氢氧化镍/氧化镍由于具有价格低廉、赝电容性能优异及环境友好等特性，被认为是很有潜力的超级电容器用电极材料。但低电子导电性、小比表面积及充电过程中的体积膨胀导致了其实际比电容较小、速率性能较差与循环稳定性较低。本项目首先采用电化学方法制备了三维纳米多孔金属膜和镍纳米管阵列，并采用多种方法构筑了纳米多孔结构氢氧化镍/氧化镍膜电极。详细研究了不同膜电极的电化学性能，深入分析了电极的电化学性能与结构的内在联系。获得了如下具有创新性的研究成果。.(1)以Ni-Cu合金电沉积层为前驱物，采用电化学脱合金法制备了镍纳米管阵列膜。对镍纳米管阵列膜进行电化学阳极氧化处理获得了Ni(OH)2/NiO/Ni复合纳米管阵列膜电极；以镍纳米管阵列膜为基体，通过阴极电沉积法制备了Ni(OH)2/Ni复合纳米管阵列膜电极。所制备的复合纳米管阵列膜电极显示了大的比电容、高的循环稳定性、突出的速率性能和增强的能量密度。这些结果对于发展高性能超级电容器材料具有较大的参考价值。.(2)我们采用一种新颖的电化学脱合金方法制备了三维纳米多孔镍膜。制备过程包括镍基体上镀锌层的热处理及随后的电化学脱合金过程。通过改变电沉积锌的量，可以方便地对多孔镍膜的孔径、膜厚及孔密度进行调控。所制备的三维纳米多孔镍膜对析氢反应显示了优异的电催化性能。所发展的脱合金方法可以用于制备其它金属（如铜）和氧化物（如氧化镍和氧化钛）的三维纳米多孔膜，是一种具有一定普适性的三维纳米多孔膜的制备方法。所制备的三维纳米多孔氧化物膜电极显示了大的比电容值、改进的速率性能和较高的电化学循环稳定性。.(3)以二氧化钛纳米棒阵列为基体，采用光沉积和电沉积等方法成功地制备了三维纳米多孔结构的Ni(OH)2/NiOOH膜电极。所制备的三维纳米多孔膜电极显示了优异的电化学性质。阐明了关键制备参数对膜电极微观结构和电化学性能的影响规律，明晰了提高三维纳米多孔结构镍基复合膜电极电化学性能的有效途径。.(4)我们采用制备纳米多孔结构氢氧化镍膜电极的方法成功地制备了具有优异电化学性能的纳米多孔结构氧化钴膜电极，说明所发展的制备方法具有一定的普适性。两类膜电极的微观结构与电化学性能的关系也是相似的。