用于超级电容器的黑钨矿钨酸盐电极材料的改性研究

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黑钨矿钨酸盐电极材料因稳定的物理和化学性能、环保、低成本以及良好的电化学性能等优点,成为超级电容器电极材料的研究热点。本论文采用共沉淀法制备了 Ni1-xCoxWO4(x=0、0.1、0.15和0.2)样品。由X-射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)知,Co掺杂对NiWO4的晶体结构和表面形貌影响不明显。X-射线光电子能谱(XPS)分析表明,Co离子是+2价的形式进入到NiWO4的晶格中。随着Co掺杂量的增加,Ni1-xCoxWO4样品的比表面积先增加后减小,当Co掺杂量为15%时,比表面积最大为82.5 m2/g。同时,Co掺杂NiWO4样品的电导率和润湿性都得到了显著改善。采用循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GC)、交流阻抗谱(EIS)对样品进行电化学性能测试,结果表明:Co掺杂后NiWO4样品的比电容和倍率性能都得到了显著改善,当Co掺杂量为15%时,Ni0.85Co0.15WO4电极具有最佳的电化学性能,在0.5 A/g的电流密度(J)下,比电容高达489.0 F/g,J从0.5 A/g增加至5A/g时,比电容保持率为~70%,继续增加至10 A/g时,比电容保持率仍有~18%。采用共沉淀法在不同反应温度下制备了MnWO4样品。当反应温度为60℃时,MnWO460样品的电化学性能最佳,在0.5 A/g的J下,比电容达到了 75.6 F/g,当J增大到10 A/g时,电容保持率为~45.0%。采用共沉淀法在60℃条件下制备了Ni1-xMnxWO4(x=0、0.05、0.15和0.25)样品。Mn掺杂对NiWO4样品的晶体结构和表面形貌没有显著影响。当Mn掺杂量达到25%时,样品中存在第二相MnWO4。由XPS分析可知,Mn离子是以+2价的形式进入到NiWO4的品格中。随着Mn掺杂量的增加,Ni1-xMnxWO4样品的比表面积逐渐增大,且Mn摻杂后的NiWO4样品的润湿性和电导率都得到了显著的提高,其中Ni0.95Mn0.05WO4样品有最好的润湿性,接触角为7.3°。采用CV、GC 和EIS对样品进行电化学性能测试,结果表明:Mn掺杂后样品的比电容和倍率性能都得到了很大的提高。当Mn含量为5%时,Ni0.95Mn0.05WO4电极有最大的比电容和最好的们率性能,在0.5 A/g的J下,比电容高达453.0 F/g,J从0.5 A/g增加至5 A/g时,比电容保持率为~48.1%,J继续增加至10 A/g时,比电容保持率仍有~11.0%。采用共沉淀法制备Ni0.8Mn0.05Co0.15WO4样品。由XRD和FESEM分析知,Ni0.8Mn0.05Co0.15WO4样品由无定形的、球状纳米粉末构成。XPS表明,Co、Mn离子均以+2价的形式进入NiWO4品格中。同时,Co、Mn共掺较Co掺杂、Mn掺杂NiWO4有更高的电导率(5.77×10-11 S/mm)和最好的润湿性(接触角为10.6°)。采用CV、GC和EIS对样品进行电化学性能测试,结果表明:Ni0.8Mn0.055Co0.15WO4样品在比电容和倍率性能上较Co掺杂和Mn掺杂NiWO4样品都得到了很大的提高。在0.5 A/g的J下,比电容高达520.0 F/g,当J从0.5 A/g增加到5 A/g时,比电容保持率为~80.4%,增加至10 A/g时,比电容保持率为~60.8%,继续增加至更大的J 15A/g时,比电容仍有~18.5%的保持率。
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