新一代高性能氧化镍超级电容器的设计与机理研究

科学技术的不断发展，使对具有超高能量密度和功率密度的新一代高性能超级电容器的需求优为迫切。氧化镍由于固有的氧化还原可逆性、超高赝电容、环境友好及低廉的价格，是极为理想的超级电容器电极材料，但氧化镍较低的工作电位范围和传统的电极压片工艺大大降低了电极的孔隙率，阻碍离子的传输，以及需要添加其他非活性物质等，使氧化镍的能量密度和功率密度难以提高。为此本项目将以极大提高电极材料能量密度和功率密度为目的，避免压片过程，以泡沫镍为集流体，溶致液晶软模板为电解液，采用电化学沉积的方法直接制备三维多孔氧化镍电极，在此基础上改变材料的比表面积、孔隙结构、表面活性、电子导电性，研究三维多孔电极中以上各种因素对电极性能的影响规律，同时通过不同电极之间的优化组合，实现电极工作电位范围的改善。这不仅对进一步阐明赝电容超级电容器电容产生机理具有重要意义，而且还为新一代高性能超级电容器的实现提供理论和技术支持。

本项目以提高氧化镍超级电容器的能量密度、功率密度和循环稳定性为目的，以泡沫镍作为集流体，通过直流电沉积方法制备三维多孔高性能氧化镍及改性氧化镍电极，同时组装高性能超级电容器。在本项目实施期内，项目负责人紧紧围绕项目的研究目标和研究计划开展工作。主要研究工作如下：1.沉积电位、沉积时间以及沉积温度等不同工艺条件对三维氢氧化镍电极结构和性能的影响；2. Au、Pt、Pd等金属改性的三维Ni(OH)2复合电极的电化学性能研究；3. Co、Zn、Al等金属参杂对Ni(OH)2电极性能的影响；4.退火温度及速率对氧化镍电极性能的影响；5. 高性能氧化镍超级电容器的组装。另外，根据国内外最新研究动态，对项目研究内容进行了适时调整和适当拓展, 制备了氧化锰/泡沫镍电极、氧化锰/贵金属/泡沫镍电极、氧化锰/PEDOT/泡沫镍电极并组装高性能超级电容器。分别研究了此类电极在水溶液和离子液体电解液中的电化学性能。同时制备了Pd/泡沫镍电极并对其电催化性能进行了一些研究，拓展了三维泡沫镍的应用研究领域。本项目在青年基金资助下，取得了较大进展，在提高电极电化学性能的基础上，对电极过程动力学等也进行了相应研究，得出了其中的规律性。已发表SCI论文8篇，修改1篇，培养研究生5人，圆满完成项目目标。