开题报告 - 图文

淮 阴 工 学 院

毕业设计(论文)开题报告

学 生 姓 名： 专 业： 设计(论文)题目： 指 导 教 师:

2016 年 3 月 5 日

赵树林

学 号：

1121618311

化学工程与工艺

钨酸镍的水热制备及其电容性能 冯良东

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述 文 献 综 述

1 超级电容器概述 超级电容器[1]是一种介于传统电容器与化学电源的新型储能元件，它通过在电极界面上发生可逆、快速的氧化还原反应来储存能量，同时它还具有充电时间短、循环寿命长、功率密度大、能量密度高、适用温度范围宽和经济环保等优势，因此在很多领域都广泛受到关注。 纳米材料超级电容器具有优良的脉冲充放电和大容量储能性能，其单位容量已经达到万法拉级。与普通电容器和电池相比，具有许多电池无法比拟的优点。（1）具有极高的功率密度，其功率密度是电池的10 ~100倍，可达到10kW/kg左右，非常适合用于短时间高功率输出的场合。（2）充电速度快，它充电是双电层充放电的物理过程或是电极物质表面的快速、可逆的化学过程，可采用大电流充电，能在几十秒到数分钟内完成充电过程。（3）使用寿命长[2]，其充放电过程中发生的电化学反应都具有良好的可逆性，不易出现类似电池中活性物质的晶型转变、脱落、枝晶穿透隔膜等寿命终止现象，它的循环寿命可达上万次以上，比电池高10 ~100倍。（4）低温性能优越，它放电过程中发生的电荷转移大部分都在电极活性物质表面进行，所以容量随温度衰减非常小，而电池在低温下容量衰减幅度却可高达70% 。 随着研究的不断深入和发展，超级电容器在通讯科技、电子信息技术、电动汽车、航空航天技术以及国防科技等领域将得到更广泛的应用。由此可见，超级电容器具备很高的研究价值和广阔的应用前景。 2 钨酸镍在超级电容器中的应用 超级电容器采用何种电极材料是影响其性能的关键因素，若想提高超级电容器的性能，发展新型的电极材料至关重要[3]。 从材料的角度来看，各种材料如过渡金属氧化物、金属氧化物、导电聚合物和碳材

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

料在非对称超级电容材料中已被广泛研究。对于阳极，活性炭是最广泛使用的电极材料， 由于其成本低，比表面积高和孔径适应离子的大小[4]。对于阴极，由于氧化镍其成本低、容易获得，并且具有较高的理论比电容而被使用[5,6]。但氧化镍仍存在一些明显的缺点（例如导电系数低，稳定性差等），这将大大降低其的电化学性能。在一些文献报道中，镍钨二元金属氧化物（钨酸镍）在不同温度下的导电率大约为10?7?10?3S/cm[7,8]。显然，与纯氧化镍的导电率相比，W原子的渗入大大提高钨酸镍的导电性。因此钨酸镍被预测具有高电化学性能。 图（a）为在20mV/s条件下显示的各种典型钨酸镍-X（反应温度）电极的循环伏安曲线 如图（a）所示[9]。所有的循环伏安曲线都有一组强大的氧化还原峰，表明被测电容主要基于法拉第氧化还原机理以及反应是基于对Ni2+向Ni3 +的可逆氧化还原[10]。如式 事实上，在实验中W不参与任何氧化还原反应，它在这系统中的主要作用就是提高钨酸镍材料的电导率以达到增强电化学电容。同时上图中NiW-70电极显示出比其他同类电极有较大面积的循环伏安曲线，表明它有最高的能量存储容量。 钨酸镍-70在超级电容器中作为一种较为理想的阴极材料，它具有以下优点：（1）存储电容量大；（2）化学稳定性好，在0—1.6V之间有循环可逆性，经过5000次循环其电容仍能保持初始电容的91.4%；（3）多孔结构，材料比表面积大，大电流放电时

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

电化学极化较小；（4）电化学性能高，很适合作为非对称超级电容器的阴极材料。然而，迄今为止很少有文献发现以钨酸镍纳米结构作为超级电容器电极材料的应用。因此，在目前的工作中通过一个简单的共沉淀法合成非晶纳米钨酸镍使之作为超级电容器的阴极材料。 3 钨酸镍的制备 目前NiWO4对的制备主要有Lengyuan Niu[9]等人用共沉淀法制备了非晶纳米钨酸镍，研究了其作为超级电容器材料的电容量和导电性。通过Na2WO4·2H2O和NiCl2·6H2O在烧瓶中混合，在温和搅拌下形成沉淀物制备了纳米钨酸镍。 本课用水热法题制备NiWO4。水热法[11]是以水作为反应介质，将反应物置于密闭的反应釜内，进行加热，从而使反应环境产生高温、高压，将难溶或不溶的物质溶解掉，令其以溶液的形式参与化学反应进而结晶的方法。 钨酸镍纳米粒子的合成，所有试剂均为分析级，无需任何纯化。一个典型的合成，在磁力搅拌下，将Na2WO4·2H2O溶解在一定量的蒸馏水中，搅拌约10分钟。然后用NiCl2·6H2O溶液滴加。随着NiCl2·6H2O溶液的添加黄绿色共沉淀产物逐渐形成，30分钟后，将上述溶液及沉淀倒入反应釜中，在高温下水热处理4小时，待反应釜自然冷却到室温后，离心收集反应釜中的沉淀，并用二次水和乙醇分别清洗三次，为了避免产物氧化，所得样品在真空干燥箱中70℃干燥来进一步表征。为了对比，在不改变其他 条件下,通过改变反应温度和反应时间，对产物的结构形貌和电化学性能进行了研究。 4 钨酸镍纳米材料的电容性能 图（b）为在电流密度为1A/g，不同反应温度下制备的钨酸镍的充放电循环稳定性曲线图[9]。测试结果显示，NiW-70的稳定性是所有样品中最好的。 在电流密度为1A/g下，通过恒电流在0和1.6 V之间充放电对非对称超级电容器的循环稳定性进行了研究（图c）[9]。结果表明，混合超级电容器在经过连续5000个循环充放电测试后仍保留91.4%的初始电容，说明钨酸镍-70 /活性炭不对称超级电容器表现出良好的循环能力。