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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，随着传统不可再生能源的日益枯竭，可再生能源渐渐的占据能源中重要的地位。然而如何有效的储存和转换这些新能源，将成为新能源产业发展中的关键环节。研究和开发出具有高功率，高功效，高能量的环境友好型储能设备显得尤为重要。超级电容器因为使用寿命长，对环境无污染，超大容量，快速的充放电速度，循环稳定等特点进入了人们的研究课题中。 与其他国家相比，我国在超级电容器的研究方面起步较晚，仅始于上个世纪九十年代末，在优化超级电容器的制作工艺如：研发各类拥有高能量密度、较长循环寿命及功率密度较高的活性电极材料和探求合适的电解液中，我国处于劣势地位，因此本文中通过水热合成法在处理过的泡沫镍基底上构建纳米分级异质结构，制备泡沫镍泡沫镍/钴酸盐，硫代钴酸盐复合电极材料。研究不同金属离子对电极性能的影响，通过xrd、 sem、tem对样品表面结构进行分析，通过cv、cp、eis等研究样品的电化学性能。从而在寻找更合适的活性电极材料上迈出一步。

国内外研究现状

电极材料的制备首先需要选择集流体，集流体需要有以下几个特点：

有良好的导电性能，如泡沫镍，碳材料，金属氧化物等；集流体在电解质中稳定存在，不发生腐蚀，无电化学电容信号；集流体所承载的活性电极物质质量尽可多大。可以说集流体的制备是整个电极材料的重中之重。

在以泡沫镍为基础的研究方面，chunyu cui，jiantie xu 等人通过连续退火处理等相关的改进后的两步水热合成法制造在泡沫镍上生长三维异质结构nicoo₄@mnmoo₄纳米柱阵列（nca）。制备所得到的电极材料在5ma/cm²下显示出1705.3f/g的电容性能，在五千次循环后电容保持率达92.6%，其优异的性能归结于其独特的结构：为离子存储提供丰富的活性位点，并促进电解质快速渗透和离子的快速扩散。minglei yan，yadong yao等人使用通过两步水热法在泡沫镍上合成新型分层nico₂s₄@ppy核-壳异质结构纳米管阵列制备不对称超级电容器。在1.6v电压，5ma/cm²电流密度下制造的asc可实现97.37f/g的高比电容，分别提供34.62wh/kg与120.19w/kg的能量密度和功率密度，在2500次循环后电容保持率有80.64%。姜洋的论文中在泡沫镍基底上，以泡沫镍自身为生长源，原位自生长氧化镍电极材料，通过改进制备方法以及优化制备条件，提高产物的电化学性能；以泡沫镍和草酸为原料直接水热，并通过一步烧结水热法得到了 nio 电极材料。最佳条件为草酸浓度 0.001 mol/l；水热温度为140c ，时间为 24 h；烧结温度350c ，时间 2 h。在该条件下，在电流密度为 1 a /g的条件下，氧化镍电极材料的比电容值为 250 f/g，而且表现出非常好的循环稳定性。

在以金属/金属氧化物为基础的研究方面，siwen zhang等人利用nio纳米片和α-fe₂o₃纳米棒通过水热合成法构建了全固态非对称超级电容器，pva/koh凝胶作为分离器。其功率密度达到951w/kg，比电容与面积比电容分别有57.2f/g和228.8mf/cm²，在高达一万次循环后电容保持率仍然有85%。shusheng xu，xiaolin li等人提出了有效的纳米泡沫技术，以提高ni@ni（oh）₂ nf膜电极的电化学能量存储性能。通过真空辅助过滤和纳米泡沫ni nws表面处理得到超薄纳米片ni（oh）₂。制造的hsc在0.25a/cm³下有95f/cm³的体积比电容，33.9mwh/cm³的能量密度，在1.6v电压下循环4500次后电容保持率有86%。

2. 研究的基本内容

1) 以相同大小的泡沫镍为基底，控制反应温度和PH值以及复合材料离子的浓度，通过水热合成法来制备复合了钴酸盐的电极材料；2) 同样的将生长了钴酸盐的泡沫镍为基底，控制反应温度和PH值以及浓硫酸的浓度，通过水热合成法来制备复合了硫代钴酸盐的电极材料；3) 样品制备完成后，通过XRD、 SEM、TEM对样品表面结构进行分析，通过CV、CP、EIS等研究样品的电化学性能。

4) 研究样品的微观结构对其超级电容器性能的影响。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：根据实验室的实验条件，我们将使用水热合成法来制取分别泡沫镍/钴酸盐，泡沫镍/硫代钴酸盐复合电极材料。水热合成法是指在高温高压下，在水(水溶液)或水蒸气等流体中进行有关化学反应的总称。水热条件下，水作为溶剂和矿化剂，同时液态或气态的水是传递压力的媒介，促使反应在液相或气相中进行。进度安排：2016年12月2日---12月10日文献调研2016年12月11日---12月12日 试剂及实验仪器的准备2017年1月2日---1月10日 实验部分（水热法制备电极材料。）2017年5月11日---5月20日 毕业论文的撰写2017年5月22日---6月5日毕业论文的修改并准备毕业答辩。

已具备的实验条件及实验方案的可行性分析：本实验室已具备完成水热合成所需的实验设备和工作条件；并与材料分析单位有所联系。此外，已做过一些泡沫镍复合金属材料制备电极材料的实验，可以经验借鉴，为本课题的实施奠定了基础。

4. 参考文献

[1]梁坤．nio纳米复合结构的制备及超级电容器性能研究[d]．成都电子科技大学博士学位论文，2015．

[2]徐静．自支撑（氢）氧化镍电极的制备及其超级电容性能研究[d]．重庆大学硕士学位，2015．

[3]常建霞．镍基超级电容器复合材料的制备及其性能的研究[d]．中北大学硕士学位论文，2016．

[4]马骏．泡沫镍/金属氧化物复合电极的制备及其电化学性能研究[d]．中北大学硕士学位论文，2016．