0 引言
微電腦繼電保護(hù)測(cè)試儀性能研究功率密度，比靜電電容器高數(shù)十倍的能量密度，且具有充放電速度快、對(duì)環(huán)境無污染、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，有望成為21世紀(jì)新型的綠色能源。眾所周知，無定型水合氧化釕是高功率高能量密度超級(jí)電容器*有希望的電極材料，但價(jià)格昂貴資源匱乏，所用電解質(zhì)污染環(huán)境，大大限制了它的商業(yè)開發(fā)。NiO等氧化物電極材料有著與RuOxH。O相似的功能，且價(jià)格便宜，很受研究人員的關(guān)注。
近年來已探索出多種合成納米NiO的方法_l]。在液相中，常溫條件下制備的前驅(qū)體沉淀往往結(jié)晶性能欠佳，易于團(tuán)聚，在合成時(shí)添加表面活性劑能減弱前驅(qū)體的團(tuán)聚程度，但仍無法消除高溫焙燒時(shí)由于鹽橋效應(yīng)和晶型快速轉(zhuǎn)變?cè)斐傻膱F(tuán)聚現(xiàn)象。若在焙燒前對(duì)常溫合成的前驅(qū)體進(jìn)行水熱改性，則可利用高溫水溶液的強(qiáng)反應(yīng)活性和高分散能力進(jìn)行“濕式燒結(jié)”，提高前驅(qū)體的結(jié)晶性能和分散性能s]，從而制備出分散性較好的氧化物納米粉體。本文以NiSO·6HO和NaOH為原料，采用常溫合成一水熱改性一中溫焙燒工藝制備納米氧化鎳，并研究了其電容性能。
1 實(shí)驗(yàn)
1．1微電腦繼電保護(hù)測(cè)試儀性能研究
取20mL0．1mol／L的硫酸鎳水溶液放入100mL的燒杯中。在磁力攪拌下（保持?jǐn)嚢杷俣?00r／min）約加入20mL0．2mol／L氫氧化鈉水溶液，反應(yīng)完全得到淺綠色沉淀，調(diào)節(jié)母液的pH值為13．4O。將反應(yīng)混合物注入到50mL內(nèi)襯聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜內(nèi)，填充度為8O，密封，放入DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中180℃水熱反應(yīng)24h，自然冷卻到室溫，過濾、洗滌，在真空干燥箱中80℃干燥4h，得到具有規(guī)則棱邊的六角薄片狀Ni（OH）。粒子。將得到的Ni一（OH）放入坩堝中，在高溫箱式爐中程序升溫到300°C焙燒2～3h。焙燒產(chǎn)物自然冷卻至室溫，然后磨碎，即得到納米氧化鎳。對(duì)NiO的前驅(qū)體Ni（OH）用DT-40型熱分析儀進(jìn)行熱重分析，用S-430O型掃描電子顯微鏡觀測(cè)產(chǎn)物形貌和粒徑，用德國布魯克D-8型X衍射儀測(cè)定樣品NiO顆粒的晶體結(jié)構(gòu)。
1．2氧化鎳電極的制備
將制得的納米氧化鎳粉體與導(dǎo)電劑（乙炔黑）、PTFE（粘結(jié)劑）按7；2：l的比例混合，微電腦繼電保護(hù)測(cè)試儀性能研究，均勻地涂在準(zhǔn)確稱量的泡沫鎳上，制成工作電極，以飽和甘汞電極（SCE）作參比電極，2cmX2cm鎳網(wǎng)作輔助電極和KOH溶液為電解液構(gòu)成三電極體系。
2 結(jié)果與討論
2．1氫氧化鎳的熱重分析
圖1是用水熱法制得的納米氫氧化鎳前驅(qū)體的TDTA曲線圖。從圖中可以看出，TG曲線都有2個(gè)失重階梯，**個(gè)階梯的溫度區(qū)間低于200℃，坡度較小，是納米氫氧化鎳晶體緩慢失去結(jié)晶水的過程，DTA曲線對(duì)應(yīng)一個(gè)寬的吸熱峰，表明所得樣品在烘干后結(jié)晶水仍然存在；**個(gè)階梯出現(xiàn)的溫度區(qū)間在200～292℃，在這個(gè)較高溫度下失重是因氫氧化鎳熱分解生成氧化鎳所造成，相應(yīng)地在DTA曲線上有一個(gè)較尖銳的吸熱峰。當(dāng)溫度高于292°C后，TG曲線基本水平，表明前驅(qū)體分解基本完成，剩余晶體主要是氧化鎳，這為我們提供了熱解溫度的依據(jù)。
2．2氧化鎳的X衍射分析
微電腦繼電保護(hù)測(cè)試儀性能研究。樣品各衍射峰的位置和強(qiáng)度與立方晶系Ni0的基本一致，表明產(chǎn)物為立方晶型NiO晶體，3個(gè)典型的衍射峰分別為（111）、（200）和（220）晶面，與JCPD1049基本一致。從X射線衍射峰沒有觀察到任何雜質(zhì)相的存在，表明產(chǎn)物的純度很高，前驅(qū)體已經(jīng)全部分解。
2．3氧化鎳的形貌表征
利用S-4300型掃描電子顯微鏡對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行觀察和表征。由圖3可見，所得納米氧化鎳的分散性很好，形貌為平均粒徑約為40nm的規(guī)則六角片狀，晶體屬于立方晶系，與XRD的結(jié)果一致。
2．4納米氧化鎳的電化學(xué)性能
2．4．1電解液濃度對(duì)氧化鎳電容性能的影響
以Ni0電極作為研究電極，在電位范圍為一400～400mV、掃描速度分別為20mV／s和50mV／s的條件下，采用不同濃度（分別為lmol／L、2mol／L、3mol／L、4mol／L、5mol／L、6mol／L和7mol／L）的KOH電解液，按濃度的遞增順序依次進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以發(fā)現(xiàn)，在一定濃度范圍內(nèi)，掃描速度為50mV／s時(shí)，氧化鎳電極的比容量隨KOH電解液濃度的增加而增加；但當(dāng)增加到一定濃度（Stool／L）時(shí)，比容量隨濃度變化的趨勢(shì)將變得不明顯。而在掃描速度為20mV／s的較低掃速下，濃度對(duì)電極比容量的影響較小。因此在較小電流下工作時(shí)應(yīng)采用濃度為5mol／LKOH作為電解液。
2．4．2氧化鎳電極比容量隨循環(huán)次數(shù)的變化
超級(jí)電容器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是使用壽命長，隨循環(huán)次數(shù)的增加，電容量基本保持不變圖5是在5mol／LKOH電解液中，在電位范圍為——400～400mV、掃描速度為20mV／s條件下，微電腦繼電保護(hù)測(cè)試儀性能研究，氧化鎳電極的比容量隨循環(huán)次數(shù)變化的關(guān)系曲線圖。由圖5可知，電容量的變化經(jīng)歷了先升后降直至保持恒定3個(gè)階段。在前幾十次充、放電階段，氧化鎳電極活性物質(zhì)被激活，活性變得越來越高，比容量隨循環(huán)次數(shù)的增加而增加。隨充放電次數(shù)的繼續(xù)增加，電極材料中氧化鎳的含量逐漸減小，導(dǎo)致比容量逐漸減小，直到保持在25oF／g左右。
2．4．3工作電位對(duì)氧化鎳電容性能的影響
考察了氧化鎳電極在不同工作電位下的比容量。圖6是電極在5mol／LKOH電解液中，在掃描速度20mV／s、不同電位范圍內(nèi)的循環(huán)伏安圖。從圖6中可以看出，NiO電極的比容量隨工作電位有較大的變化，增大工作電位，電極的比容量有較大的提高。
2．4．5恒流充放電性能
電極在5mol／L的KOH中，在O～500mV的電位范圍內(nèi)以20mA的電流充放，其充放電曲線如圖7所示，得到的比容量為252F／g。
3 結(jié)論
采用常溫合成一水熱改性一中溫焙燒工藝制備出了粒徑約為40nm的規(guī)則六角片狀形貌的氧化鎳電極材料。該材料在KOH溶液中表現(xiàn)出了法拉第準(zhǔn)電容性質(zhì)，其比容量隨KOH濃度的增大而增大，直到KOH的濃度達(dá)到5mol／L時(shí)，NiO的比容量才不再發(fā)生明顯變化；電容比容量隨循環(huán)伏安掃描循環(huán)次數(shù)的增加經(jīng)歷了先升后降直至保持恒定3個(gè)階段。20mA恒電流充放電時(shí)，比容量達(dá)到252F／g。
