水熱法制備氧化鎳及其超電容性能的研究

論文題目：水熱法制備氧化鎳及其超電容性能的研究姓 名：院系專業(yè)：班 級(jí)：化學(xué) 號(hào)：0指導(dǎo)老師：完成時(shí)間：目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 III\o"CurrentDocument"Abstract III一刖 言 1\o"CurrentDocument"1.1超級(jí)電容器的研究背景 1\o"CurrentDocument"1.2超級(jí)電容器的性能特點(diǎn) 1\o"CurrentDocument"1.3電化學(xué)電容器的工作原理及分類 2\o"CurrentDocument"1.4超級(jí)電容器研究的電極材料及應(yīng)用 3\o"CurrentDocument"1.5選題依據(jù) 3\o"CurrentDocument"二實(shí)驗(yàn)部分 4\o"CurrentDocument"2.1實(shí)驗(yàn)試劑與儀器 4\o"CurrentDocument"2.2氧化竦的制備 62.3電化學(xué)性能的測試 錯(cuò)誤！未定義書簽。\o"CurrentDocument"三結(jié)果與討論 6\o"CurrentDocument"3.1不同熱處理的氧化竦電化學(xué)性質(zhì)研究 6\o"CurrentDocument"3.1.1循環(huán)伏安測試 6\o"CurrentDocument"3.1.2恒流充放電測試 7\o"CurrentDocument"3.1.3交流阻抗測試 8\o"CurrentDocument"小結(jié) 83.2反應(yīng)溫度對(duì)其電化學(xué)性質(zhì)的影響 錯(cuò)誤！未定義書簽。\o"CurrentDocument"3.2.1循環(huán)伏安測試 9\o"CurrentDocument"3.2.2恒流充放電測試 10\o"CurrentDocument"3.2.3交流阻抗測試 11\o"CurrentDocument"小結(jié) 12\o"CurrentDocument"3.3沉淀劑濃度對(duì)其電化學(xué)性質(zhì)的影響 12\o"CurrentDocument"3.3.1循環(huán)伏安測試 13\o"CurrentDocument"3.3.2恒流充放電測試 143.3.3交流阻抗測試 16\o"CurrentDocument"小結(jié) 17\o"CurrentDocument"四結(jié)論 17\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 18\o"CurrentDocument"致謝 19摘要利用水熱法，以硝酸竦為原料，尿素為沉淀劑，檸檬酸三鈉為模版制備了氧化竦。通過循環(huán)伏安、恒電流充放電等測試表明，在硝酸竦與尿素的摩爾比為1：4，反應(yīng)溫度為100°C，熱處理溫度在300r時(shí)，氧化竦電極在6mol-L-1氫關(guān)鍵詞：水熱法；超級(jí)電容器；電容性能AbstractUsinghydrothermalmethod,nickelnitrateasrawmaterial,ureaasprecipitatingiiiagent,sodiumcitrateastemplatepreparationofthenickeloxide.Bycyclicvoltammogramsandconstantcurrentchargeanddischargetestshowedthatthemoleratioof1:4,nickelnitrateandureareactiontemperatureis100°C,theheattreatmenttemperatureat300C,nickeloxideelectrodesin6mol-L-1andpotassiumhydroxidesolutionfrom0.0Vto0.50V(vs.SCE)potentialhasgoodelectrochemicalpropeVwithhighspecificcapacitance,thequalityofthecurrentdensityof5mA/g,itsqualitythansingleelectrodecapacitanceofupto500F?g-1.Keywords:Hydrothermal;Supercapacitor;Capacitanceperformance一刖曰1.1超級(jí)電容器的研究背景電容器是一種能儲(chǔ)蓄電能的設(shè)備與器件，由于它的使用能避免電子儀器與設(shè)備因電源瞬間切斷或電壓偶爾降低而產(chǎn)生的錯(cuò)誤動(dòng)作，因而它作為備用電源被廣泛應(yīng)用于聲頻、視頻設(shè)備調(diào)諧器、電話機(jī)、傳真機(jī)及計(jì)算機(jī)等通訊設(shè)備和家用電器中。由于電容器的儲(chǔ)存能量相對(duì)較小。隨著電子產(chǎn)業(yè)和數(shù)字信息技術(shù)的發(fā)展,資源和能源日漸短缺，生態(tài)環(huán)境日益惡化，人類將更加依賴潔凈和可再生的新能源，所以電容器的發(fā)展又被提升到科學(xué)研究的一個(gè)新的高度。電容器的發(fā)展經(jīng)歷了電解電容器、瓷介電容器、有機(jī)膜電容器和超級(jí)電容器幾個(gè)階段。1879年，Hemholz的工作發(fā)現(xiàn)了雙電層結(jié)構(gòu)的電化學(xué)電容性質(zhì)⑴，但雙電層率密度的要求，在移動(dòng)通訊、信息技術(shù)、消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車、航空航天以及國防科技等領(lǐng)域具有重要和廣闊的應(yīng)用前景，所以在世界范圍內(nèi)引起了越來越多的關(guān)注⑶。目前，隨著環(huán)境的日益惡化和環(huán)境保護(hù)觀念的逐漸增強(qiáng)，低排放和零排放的環(huán)保型交通工具的應(yīng)用成為大勢所趨⑷。電動(dòng)汽車已成為各國研究的一個(gè)熱點(diǎn)。而常用二次電池如竦鍋、竦氫、鏗離子電池等，具有較高的比能量，但功率密度很低，都不超過500W/Kg，而且電池在大脈沖電流放電或快速充電時(shí)會(huì)引起電池內(nèi)部發(fā)熱、升溫，降低電池的使用壽命，甚至造成危險(xiǎn)。燃料電池同樣存在功率密度低和耐高脈沖充、放電性能差的不足。在考慮到環(huán)保需要而設(shè)計(jì)開發(fā)的電動(dòng)汽車和復(fù)合電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中，若單獨(dú)使用電池?zé)o法滿足動(dòng)力系統(tǒng)的要求。而將高期比功率和高比能量的超級(jí)電容器與電池聯(lián)用來作為電動(dòng)汽車的用化的超級(jí)電容器，用于各種場合的需要，將會(huì)具有非常大的社會(huì)效益和現(xiàn)實(shí)意義［5］。1.2超級(jí)電容器的性能特點(diǎn)超級(jí)電容器具有比常規(guī)電容器更大的比能量，比蓄電池更大的比功率和循環(huán)使用壽命。比容量可達(dá)傳統(tǒng)電容器容量的100倍以上。能量密度是化學(xué)電源的十分之一左右，卻有著比電池高10倍以上的功率密度。因此，超級(jí)電容器已不再是一般意義上的電路元件，而是一種新型環(huán)保儲(chǔ)能元件。將超級(jí)電容器與蓄電池并聯(lián)使用，可減少電動(dòng)汽車對(duì)蓄電池大電流放電的限制，延長蓄電池的使用壽命，并且對(duì)環(huán)境無污染，是真正的綠色能源。它是介于常規(guī)電容器和蓄電池之間的新型儲(chǔ)能設(shè)備及器件，它具有許多傳統(tǒng)儲(chǔ)能器件所不具備的優(yōu)點(diǎn)。表1.1是超級(jí)電容器與電池、傳統(tǒng)電容器性能參數(shù)的比較［5-7］。表1-1超級(jí)電容器與電池、傳統(tǒng)電容器性能的比較蓄電池傳統(tǒng)電容器超級(jí)電容器充電時(shí)間1?5h10-6?10-3s1?30s放電時(shí)間0.3?3h10-6?10-3s1?30s能量密度(W.kg-1)20?100<0.11?10功率密度(W.kg-1)50?200>10.0001000?2000循環(huán)壽命500?200081000?2000作為一種新型儲(chǔ)能元件，超級(jí)電容器的特點(diǎn)主要有：高能量密度。超級(jí)電容器比傳統(tǒng)電容器的能量密度大10~100倍，達(dá)到1?10Wh/kg。高功率密度。超級(jí)電容器的功率密度可以達(dá)到2kw/kg左右，為電池的10倍以上，可以在短時(shí)間內(nèi)放出幾百到幾千安培的電流,非常適合用于短時(shí)間高功率輸出的場合。3.電容器相比，工作電壓較低，一般水系電解液。1.3電化學(xué)電容器的工作原理及分類根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理的不同，超級(jí)電容器可以分為雙電層電容器和贗電容器。雙電層電容器主要利用電極和電解質(zhì)界面的雙電層來存儲(chǔ)電荷；贗電容電容器又稱法拉第電容器，是在電極表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上，電活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積，發(fā)生高度可逆的電化學(xué)吸附/脫附或氧化/還原反應(yīng)，進(jìn)行能量存儲(chǔ)，它可以分為吸附贗電容和氧化還原贗電容㈤。雙電層電容的充放電原理：金屬表面上的靜電荷從溶液中吸收部分不規(guī)則的分配離子，使它們在電極/溶液界面的溶液一側(cè)，離電極一定距離排成一排，形成一個(gè)引而使雙電層穩(wěn)定，在正負(fù)極間產(chǎn)生相對(duì)穩(wěn)定的電位差。這時(shí)對(duì)某一電極而言，會(huì)在一定距離內(nèi)(分散層)產(chǎn)生與電極上的電荷等量的異性離子電荷，使其保持電中性;當(dāng)將兩極與外電路連通時(shí)，電極上的電荷遷移而在外電路中產(chǎn)生電流，溶液中的離子遷移到溶液中呈電中性，這便是雙電層電容的充放電原理。法拉第準(zhǔn)電容的充放電原理：在電活性物質(zhì)中，隨著存在法拉第電荷傳遞化學(xué)變化的電化學(xué)過程的進(jìn)行，極化電極上發(fā)生欠電位沉積或發(fā)生氧化還原反應(yīng)。法拉第電因此可在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移，即可獲得更高的比功率。同時(shí)，在整個(gè)充放電過程中，電極上沒有發(fā)生決定反應(yīng)速度與限制電極壽命的電活性物質(zhì)的相變化，因而循環(huán)壽命長。它還具有其他特點(diǎn)：如比能量高、快速充放電能力強(qiáng)。1.4超級(jí)電容器研究的電極材料及應(yīng)用對(duì)于超級(jí)電容器的研究主要集中在電極活性物質(zhì)的研究上，目前超級(jí)電容器通常所用的電極材料總體可分為三類：第一類是具有較大比表面積的多孔炭材料,用于超級(jí)電容器的電極材料的炭材料種類很多，具體有：活性炭、炭黑、碳纖維、炭氣凝膠、玻璃炭及新型納米材料碳納米管等；第二類是過渡金屬化合物（氧化物、氮化物、碳化物），如氧化釘、氧化銥、氧化竦、二氧化錳、氧化鉆、氮化鋁、碳化佗、氧化釩等；第三類是摻雜的導(dǎo)電聚合物，如聚毗咯，聚唆吩等［9,1。。因?yàn)殡娀瘜W(xué)和增加電池壽命。因此，電化學(xué)電容器可以在能量轉(zhuǎn)變和儲(chǔ)存領(lǐng)域補(bǔ)充電池的不足甚至取代電池。未來幾十年電化學(xué)電容器制造商的主要目標(biāo)市場應(yīng)該是運(yùn)輸系統(tǒng)包括混合動(dòng)力和地鐵。1.5選題依據(jù)全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、礦物燃料的不斷消耗及環(huán)境污染的日益嚴(yán)重使得對(duì)高效、清潔、可持續(xù)發(fā)展的可替代能源的尋找變得越來越迫切，和能源轉(zhuǎn)換相關(guān)的新技術(shù)也因此成了全世界科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)。在很多應(yīng)用領(lǐng)域里，最有效且最實(shí)際的能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存技術(shù)要數(shù)電池和電化學(xué)電容器。電化學(xué)電容器具有功率密度高，循環(huán)壽命長，充放電時(shí)間短，安全性高等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)異的特性使得其在電子設(shè)備和混合電動(dòng)車方面受到高度重視。雖然電不僅能作為鋰離子電極材料，并有較高的理論容量（718mAhg-1），還能作為電化學(xué)電容器電極材料，通過法拉第氧化還原反應(yīng)進(jìn)行儲(chǔ)能。本文采用水熱法制備氧化竦電極材料，可以使其表現(xiàn)出好的電化學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)用最簡單的方法制備最有用的材料符合綠色化學(xué)理念。二實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)試劑與儀器試劑名稱分子式純度生產(chǎn)廠家硝酸竦Ni(NO3)2?6H2O分析純西安化學(xué)試劑廠檸檬酸三鈉C6H5Na3°7-2H2O分析純天津市大茂化學(xué)試劑尿素co(nh2)2分析純廣東汕頭市西隴化工廠氫氧化鉀KOH分析純天津市科盟化工工貿(mào)有限公司

氯化鉀KCL,分析純天津市福晨化學(xué)試劑廠無水乙醇c2h5oh分析純天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開限公司濃硝酸hno3分析純天津市博迪化工.有限公司聚四氟乙烯(CF2-CF2)n化學(xué)純廣東汕頭市西隴化工廠竦網(wǎng)Ni電池級(jí)央可高新技術(shù)材料（沈陽）有限公司乙快黑C電池級(jí)重慶松柏化工有限公司儀器名稱型號(hào)規(guī)格生產(chǎn)廠家磁力加熱攪拌器78-1型杭州儀表電機(jī)廠數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱GZX-9146MBE型上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠電子天平FA2104N型上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司電化學(xué)工作站CHI660D型上海辰華儀器有限公司伯電極213型上海偉業(yè)儀器廠飽和甘汞電極217型上海偉業(yè)儀器廠循環(huán)水真空泵SHZ-3型上海亞榮生化儀器廠燒杯50ml、100ml、250ml量筒50ml容量瓶500ml、1000ml反應(yīng)釜50、80ml馬弗爐瑪瑙研缽瓷十鍋 50ml玻璃棒藥匙2.2氧化鎳的制備以硝酸竦為原料，尿素為沉淀劑(硝酸竦與尿素的摩爾比為1：4)，檸檬酸三鈉為模版。準(zhǔn)確稱取一定量的硝酸竦和尿素溶于30mL去離子水中，然后加入一定量的檸檬酸三鈉，室溫下磁力攪拌10min，然后將混合物轉(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，裝填度為80%，密封、100°C恒溫12h。反應(yīng)兀將以上所制得的NiO黑色粉末，乙快黑和聚四氟乙烯按質(zhì)量比為85:10:5稱取，置入瑪瑙研缽中，將其混合均勻后，加入去離子水和成糊狀，均勻地涂到竦網(wǎng)上，常溫下干燥后壓成面積為1cm2的電極片作為工作電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極組成三電極體系，在6mol/LKOH溶液中，CHI660電化學(xué)工作站上進(jìn)行電化學(xué)測試。三結(jié)果與討論3.1不同熱處理的氧化鎳電化學(xué)性質(zhì)研究3.1.1循環(huán)伏安測試(a)300^，(b)400°C圖3-1不同熱處理溫度的NiO電極的循環(huán)伏安圖為了研究熱處理溫度對(duì)NiO活性物質(zhì)的電容的影響，我們通過循環(huán)伏安曲線的陽極電流或陰極電流來評(píng)價(jià)其電容變化。圖3-1(a),(b),所示是300°C和400°C熱處理得到NiO電極的循環(huán)伏安曲線，掃描速度為10mV/s。從圖中可以看出300°C熱處理得到的NiO電極的循環(huán)伏安曲線面積最大，氧化還原電流也最大，可達(dá)到60mA，由此說明300°C為適宜的熱處理溫度，熱處理溫度過高從其循環(huán)伏安圖來看其電容性能不好。因此，進(jìn)一步我們研究了300°C熱處理后得到的NiO電極在不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線性能。(1)5mV/s，(2)10mV/s，(3)15mV/s，(4)20mV/s圖3-2NiO電極在不同掃描速率下的循環(huán)伏安圖圖3-2所示為300°C熱處理得到的NiO電極在5,10,15和20mV/s不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線。從圖中可以看出，隨著掃速的增加圖形改變，但其圖形都具有較好的對(duì)稱性，說明電流對(duì)圖形的影響較小。對(duì)NiO材料的電極來說，氧化過程在其表面發(fā)生Ni2+到Ni3+感應(yīng)電流的反應(yīng)，還原過程發(fā)生的是Ni3+到Ni2+的逆過程。3.1.2恒流充放電測試(a)300^，(b)400°C圖3-3不同熱處理溫度的NiO電極的恒流充放電圖恒電流放電是測試電容行為的重要手段，通過放電曲線可以計(jì)算出比電容的大小。圖3-3(a)和(b)曲線分別是300°C,400°C熱處理得到NiO電極在5mA電流時(shí)的放電曲線圖。由圖可知，不同的充放電曲線都近似呈對(duì)稱的三角形，說明電極具有純的電容性質(zhì)。單電極的比電容Cm可按下式計(jì)算：4=au°a 。)式中：Q—電量，C；AU—充放電電壓范圍，V；At—放電時(shí)間，s；I一充放電電流，A；Am—電極材料用量，g。由公式(1)可得1-1表。樣品a的質(zhì)量比電容為500F?g-i，樣品b的質(zhì)量比電容為95F?g-i。由表可見300C制備的NiO電極有較大的質(zhì)量比電容，充放電效果較好。表1-1NiO電極在不同溫度下的比電容值/F?g-1TOC\o"1-5"\h\z溫度/°C 300 400放電時(shí)間/s 200 38比電容值/F?g-i 500 95同時(shí)又對(duì)比了在熱處理溫度為300C下制備的NiO電極在不同電流下的恒流充放電曲線圖，如圖3-4所示。各電極恒流充放電電流從5mA升至25mA時(shí)放電比電容均有所減小(如表2-2所示)，這是由于當(dāng)大電流充放電時(shí)，電極上會(huì)短時(shí)間吸附大量的電解液離子，造成電極與電解液界面處的電解液離子濃度急速下降，而電解液中離子的擴(kuò)散傳質(zhì)速率相對(duì)較慢，不能滿足電極充電所需

的離子數(shù)，造成電極上由液相擴(kuò)散引起的極化增大，當(dāng)形成控制步驟時(shí)，即使外加電位不（1）5mA（2）10mA（3）15mA（4）20mA（5）25mA圖3-4NiO電極在不同電流下的恒流充放電圖表2-2NiO電極在不同電流下的比電容值/F?g-i電流/mA510152025放點(diǎn)時(shí)間/s20090563827比電容值/F?g-i5004504203803373.1.3交流阻抗測試10m5Z430012345678910Z'/ohm（a）300C，（b）400C圖3-5不同熱處理溫度的NiO電極的交流阻抗圖（1是原圖，2是放大圖）圖3-5（a）和（團(tuán)曲線分別是300°C,400°C熱處理得到的NiO交流阻抗圖，頻率范圍10-2?105Hz，電位是5mV。從圖中可以看出，這些交流阻抗圖都是由高頻區(qū)的半圓和低頻區(qū)的直線組成，。高頻區(qū)中，曲線a的阻抗半圓明顯小于曲線b,說明a電極的2）可估讀出電極a和電極b在電位是5mV時(shí)的內(nèi)阻分別約為1.0Q、0.7Q。由此可見，300C熱處理制備的NiO電極具有較好的電化學(xué)性能。3.1.4小結(jié)以上部分是不同熱處理溫度（a=300、b=400°C）下制備的氧化竦電極電化學(xué)性能的研究。結(jié)果表明，熱處理溫度為300C制備的NiO電極質(zhì)量比電容達(dá)最大為500F-g-1,是400°C下制備的NiO電極的5.3倍。由此可見熱處理溫度為300°C時(shí)制備的NiO電究對(duì)象，進(jìn)一步討論反應(yīng)溫度對(duì)其電化學(xué)性質(zhì)的影響。本次實(shí)驗(yàn)可分為三組進(jìn)行對(duì)比，即(a)80C,(b)100C,(c)120C，在相同條件下反應(yīng)，然后討論不同反應(yīng)下制備的NiO電極的電化學(xué)性質(zhì)。3.2.1循環(huán)伏安測試(a)80C,(b)100C,(c)120C圖3-6不同反應(yīng)溫度的NiO電極循環(huán)伏安曲線圖3-6(a),(b),(c)分別是80C,100C和120C下所得的NiO電極的循環(huán)伏安曲線，工作電位范圍0?0.5V(vs.SCE),掃描速率為10mV/s。由圖3可知，反應(yīng)溫度的高低和循環(huán)伏安圖有較大關(guān)系，隨著反應(yīng)溫度的改變而改變。曲線(a)的氧化還原峰電流為22mA，曲線(b)的氧化還原峰電流為58mA，曲線(c)的氧化還原峰電流為35mA，所以曲線(b)的氧化還原峰電流最大，面積也最大。由此可見較高或較低的反應(yīng)溫度的循環(huán)伏安曲線(c),(a)表現(xiàn)出的電容性質(zhì)比循環(huán)伏安曲線(b)的差，反應(yīng)溫度100C條件下得到的NiO電極具有較大電容。同時(shí)我們又對(duì)比了三種不同電極在5，10，15,20mV/s不同掃描速率下的循環(huán)伏安圖，如圖3-7可見，隨著掃描速率的遞增，(1),(2)和(3)曲線都沒有發(fā)生大的改變，說明了其穩(wěn)定性較好。由圖可得一對(duì)氧化還原峰，P'峰對(duì)應(yīng)Ni2+氧化成Ni3+的過程，P〃峰對(duì)應(yīng)其逆過程。此外，通過比較發(fā)現(xiàn)隨著掃描速率的遞增，氧化電流與還原電流的范圍逐漸增大，說明掃描速度對(duì)樣品電極的循環(huán)伏安曲線有影響。(1)80C,(2)100C,(3)120C

圖3-7不同掃速的NiO電極循環(huán)伏安曲線3.2.2恒流充放電測試（a）80G（b）100G（c）120「c圖3-8不同反應(yīng)溫度下的NiO電極的恒流充放電圖恒電流放電是測試電容行為的重要手段，通過放電曲線可以知道電容的大小。圖3-8（a）,（b）,（c）分別是80C,100C和120C下制備的NiO電極在5mA電流下的恒流充放電圖，工作電位范圍0?0.4V。由圖可知，不同的充放電曲線都近似呈對(duì)稱的三角形，說明電極具有純的電容性質(zhì)。根據(jù)公式（1）計(jì)算得表3-3,樣品a的質(zhì)量比電容為325F?g-1，樣品b的質(zhì)量比電容為500F?g-i，樣品c質(zhì)量比電容為300F?g-i。由表可見反應(yīng)溫度為100C制備的NiO電極比電容較大，充放電效果較好。表3-3NiO電極在不同反應(yīng)溫度下的比電容值/F?g-i樣品abc放點(diǎn)時(shí)間/s130200120比電容值/F?g-1325500300同時(shí)我們又對(duì)比了三種不同電極在5，10，15，20，25mV/s不同電流下的恒流充放電測試圖，根據(jù)公式（1）可得表4-4，由表可見，電極的比電容值隨電流的增大而減小。

(1)80°C,(2)100°C,(3)120°C圖3-9不同電流下的NiO電極的恒流充放電圖表4-4NiO電極在不同電流下的比電容值/F?gT電流強(qiáng)度/mA510152025⑴的比電容/F-g-1325285247.5240162.5(2)的比電容/F-g-1500450420380337⑶的比電容/F-g-1300285187.5240237.53.2.3交流阻抗測試

mhor^zmhor^zZ'/ohm Z'/ohm(a)80G(b)100G(c)120。。圖3-10不同反應(yīng)溫度下的NiO電極的交流阻抗圖(1是原圖，2是放大圖)圖3-10(a),(b),(c)分別是80°C,100°。和120°C下制備的NiO電極的交流阻抗圖，頻率范圍10-2-105Hz，電位是10mV。從圖中可以看出，高頻區(qū)曲線b的阻抗半圓明顯小于曲線a、c，說明b電極的電化學(xué)傳荷電阻比a、c電極的小。低頻區(qū)中b是稍有傾斜的直線，說明b受擴(kuò)散控制作用較小，具有良好的電化學(xué)性能；而a、c受擴(kuò)散控制作用較大，其電化學(xué)性能降低。另外，通過放大圖3-8(2)可估讀出電極a、b、c在電位是10mV時(shí)的內(nèi)阻分別約為1.5Q、1.0Q、0.8Q。由此可見，100C制備的NiO電極具有較好的電化學(xué)性能。3.2.4小結(jié)以上部分是不同反應(yīng)溫度(a=80、b=100、c=120C)下制備的氧化竦電極電化學(xué)性能的研究，結(jié)果表明在100C制備的NiO電極質(zhì)量比電容達(dá)最大為500F?g-，是80C制備的NiO電極的1.5倍，是120C制備的NiO電極的1.7倍。由此可見在反應(yīng)溫度為100C制備的NiO電極具有較好的電化學(xué)性能。3.3沉淀劑濃度對(duì)其電化學(xué)性質(zhì)的影響根據(jù)前兩節(jié)的研究結(jié)果表明：反應(yīng)溫度在100C，熱處理在300C時(shí)制備的NiO具有更好的電化學(xué)電容性能。因此，以反應(yīng)溫度為100C，熱處理溫度為300C時(shí)制備的NiO為研究對(duì)象，進(jìn)一步討論沉淀劑濃度對(duì)其電化學(xué)性質(zhì)的影響。根據(jù)反應(yīng)中所加入尿素的量不同，可將實(shí)驗(yàn)分為三組即硝酸竦與尿素的摩爾比為(a)1：2，(b)1：4和(c)1：6,在相同條件下均反應(yīng)12h，然后討論不同摩爾比下制備的NiO電極的電化學(xué)性質(zhì)。3.3.1循環(huán)伏安測試E/V(vs.SCE)(a)1:2，(b)1：4(c)1：6圖3-11不同摩爾比的NiO電極的循環(huán)伏安曲線圖3-11為硝酸竦與尿素的摩爾比為(a=1:2,b=1:4,c=1:6)的NiO電極循環(huán)伏安曲線，工作電位范圍0.0-0.50V(vs.SCE)，掃描速率為5mV/s。由圖可知，尿素的濃度和循環(huán)伏安圖有較大關(guān)系，隨著尿素的濃度的改變而改變，曲線(b)面積最大，氧化還原峰電流也最大，可達(dá)到30mA。由此可見較高或較低濃度的尿素時(shí)的循環(huán)伏安曲線(c),(a)表現(xiàn)出的電容性質(zhì)都比循環(huán)伏安曲線(b)的差，硝酸竦與尿素的摩爾比為1:4時(shí)得到的NiO電極具有較大電容。同時(shí)我們又對(duì)比了三種不同電極在5，10，15,20mV/s不同掃描速率下的循環(huán)伏安圖，如圖3-12可見，隨著掃描速率的遞增，(1),(2)和(3)曲線都沒有發(fā)生大的改變，說明了其穩(wěn)定性較好。由圖可得一對(duì)氧化還原峰，Z'峰對(duì)應(yīng)Ni2+氧化成Ni3+的過程，Z〃峰對(duì)應(yīng)其逆過程。此外，通過比較發(fā)現(xiàn)隨著掃描速率的遞增，曲線(1)和(3)中的還原峰只出來一部分，說明掃描速度對(duì)樣品電0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5E/V（vs.SCE0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5E/V（vs.SCE）圖3-12不同掃速的NiO電極循環(huán)伏安曲3.3.2恒流充放電測試t/s(a)1:2，(b)1：4(c)1：6圖3-13不同摩爾比的NiO電極的恒流充放電圖恒電流放電是測試電容行為的重要手段，通過放電曲線可以知道電容的大小。圖3-13為硝酸竦與尿素的摩爾比為1:2,1:4,1:6的NiO電極在5mA電流下的恒流充放電圖，電位區(qū)間為0.0-0.40V。由圖可知，不同的充放電曲線都近似呈對(duì)稱的三角形，說明電極具有純的電容性質(zhì)。根據(jù)公式(1)計(jì)算得表5-5，樣品a的質(zhì)量比電容為250F?g-1，樣品b的質(zhì)量比電容為500F?g-1，樣品c質(zhì)量比電容為245F?g-1。由此可見在硝酸竦與尿素的摩爾比為1：4條件下制備的NiO電極比電容較大，充放電效果較好。表5-5NiO電極在不同溫度下的比電容值/F?g-1

樣品abc放點(diǎn)時(shí)間/s10020098比電容值/F?g-1250500245同時(shí)我們又對(duì)比了三種不同電極在5,10,15,20,25mV/s不同電流下的恒流充放電測試圖，圖3-14根據(jù)公式（1）可得表6-6，由表可見，電極的比電容值隨電流的增大而減小。伽050100150200250300350t/s(1)1:2，(2)1：4，(3)1：6伽050100150200250300350t/s(1)1:2，(2)1：4，(3)1：6圖3-14不同電流下的NiO電極的恒流充放電圖表6-6NiO電極在不同電流下的比電容值/F-g-1電流強(qiáng)度/mA510152025⑴的比電容/F-g-1250235210200187.5（2）的比電容/F-g-1500450420380337⑶的比電容/F-g-1245220202.5130125Z'/ohm Z'/ohm（a）1:2，（b）1：4（c）1：6圖3-15不同摩爾比的NiO電極的交流阻抗圖（1是原圖，2是放大圖）圖3-15（a）（b）（c）分別是硝酸竦與尿素的摩爾比為1:2,1:4和1:6的NiO電極的交流阻抗圖，頻率范圍10-2?105Hz，電位是10mV。由圖3-11（1）可知，在高頻區(qū)，曲線b的阻抗半圓明顯小于曲線a和c,說明b電極的電化學(xué)傳荷電阻比a、c電極的小。低頻區(qū)中b是稍有傾斜的直線，說明b受擴(kuò)散控制作用較小，具有良好的電化學(xué)性能；而a、c受擴(kuò)散控制作用較大，其電化學(xué)性能降低。另外，通過放大圖3-11（2）可估讀出電極a、b、c在電位是10mV時(shí)的內(nèi)阻分別約為0.7Q、1.0Q、1.2Q。由此可見，在硝酸竦與尿素的摩爾比為1:4條件下制備的NiO制備的NiO電極具有較好的電化學(xué)性能。3.3.4小結(jié)以上部分是硝酸竦與尿素的摩爾比為1:2,1:4,1:6時(shí)制備的氧化竦電極電化學(xué)性能的研究。結(jié)果表明，硝酸竦與尿素的摩爾比為1:4時(shí)在電位為0.0~0.40V時(shí)制備的NiO電極質(zhì)量比電容達(dá)最大為500F?g-1,是硝酸竦與尿素的摩爾比為1：2時(shí)制備的NiO電極的2.0倍，是硝酸竦與尿素的摩爾比為1：6時(shí)制備的NiO電極的2.04倍。由此可見硝酸竦與尿素的摩爾比為1：4時(shí)制備的NiO電極具有較好的電化學(xué)性能。四結(jié)論以硝酸竦為原料，以尿素為沉淀劑，以檸檬酸三鈉為模版，利用水熱法制備了氧化竦，研究了其超電容性能。經(jīng)循環(huán)伏安、恒電流充放電、交流阻抗的電化學(xué)測試表明：最佳熱處理溫度是300°C。熱處理溫度為300^時(shí)制備的NiO電極質(zhì)量比電容達(dá)最大可達(dá)500F?g-1，是400C下制備的NiO電極的5.3倍。說明在熱處理溫度為300C制備的NiO電極具有較好的電化學(xué)性能。最佳反應(yīng)溫度是100C。100C制備的NiO電極質(zhì)量比電容達(dá)最為500F?g-1，是80C制備的NiO電極的1.5倍，是120C制備的NiO電極的1.7倍。說明在反應(yīng)溫度為100C制備的NiO電極具有較好的電化學(xué)性能。硝酸竦與尿素的最佳摩爾比是1：4。硝酸竦與尿素的摩爾比為