随着电子技术的蓬勃发展,对能量的需求和储能设备越来越多。超级电容器作为主要的储能设备,具有功率密度高,寿命长和生产成本低的优势,具有广泛的应用领域。电极材料在超级电容器的电化学性能中占据关键地位,并且这几年愈加受到关注。尖晶石型镍钴矿(NiCo₂O₄)具有低成本,环境安全和低毒性的优点,被认为是一种更有前途和灵活的替代方案。电极材料的性能受其形貌的影响,不同的形貌会导致不同的比表面积,随着比表面积的增加,材料反应更充分,电化学性能更优异。因此,在本论文中,通过改变碱性物质的种类和浓度以及对NiCo₂O₄电极材料进行酸碱处理来研究NiCo₂O₄电极材料的形貌和电化学性能的变化,通过XRD,SEM等测试方法分析材料的结构和微观形貌;利用三电极体系,通过循环伏安,恒电流充放电等测试分析材料的电化学性能。主要研究内容如下:1、通过改变碱性物质的种类,找到制备NiCo₂O₄的最佳碱性物质。使用尿素、氢氧化钠、氨水为碱性物质,分别制备出海胆状、片状、球状NiCo₂O₄。通过电化学测试得出,在1 A/g的电流密度下,海胆状NiCo₂O₄的比电容最高为744 F/g,其次是片状NiCo₂O₄具有543 F/g的比电容,球状NiCo₂O₄仅有256 F/g的比电容。这归因于海胆状结构的比表面积最大,使电极材料和电解液之间充分反应。海胆状NiCo₂O₄电极材料的循环稳定性也最为优异,其中在10 A/g的电流密度下,经过1000次充放电循环测试之后,海胆状NiCo₂O₄保留93%的比电容,片状NiCo₂O₄保留87%的比电容,球状NiCo₂O₄保留75%的比电容。2、探究最佳碱性物质的浓度对NiCo₂O₄材料的形貌以及电化学性能的影响,通过添加10 mmol,15mmol,20mmol不同浓度的尿素,得到三种NiCo₂O₄样品。结果表明,当尿素含量为15 mmol时,样品呈现出均匀的颗粒状结构,其电化学性能也最优异。在1 A/g的电流密度下,具有731.6 F/g的比电容。这归因于适当的尿素含量能够形成较多的成核位点,并且不会发生团聚现象,使得材料结构有较大的比表面积(55.50 m²/g)。此外,在10 A/g的电流密度下,经过1000次充放电循环,比电容仍能保留94%,这表明其具有出色的循环稳定性。3、将海胆状NiCo₂O₄样品进行酸碱处理,结果表明经过酸碱处理后,样品的形貌发生了巨大变化,表面呈现出狭缝多孔结构,这种特殊结构的比表面积增加至海胆状NiCo₂O₄样品的3倍,达到165.0660 cm²/g。通过电化学测试分析,在1 A/g的电流密度下,酸碱处理后的样品比电容高达1700 F/g,是海胆状NiCo₂O₄样品的3倍。此外,酸碱处理后的样品具有良好的倍率性能。当电流密度从1 A/g增加到10 A/g时,仍能保留大约75%的比电容。4、通过在碱处理过程中加入石墨烯,得到NiCo₂O₄/rGO复合材料。由于石墨烯的加入,复合材料显示出蓬松多孔的结构。通过对电化学性能分析,电流密度为1 A/g时,复合材料具有2332.4 F/g的高比电容,这是由于加入石墨烯能有效增加材料的比表面积,并且石墨烯具有较好的导电性,两者之间的协同作用使比电容大幅提高。但是当电流密度增加到10 A/g时,NiCo₂O₄/rGO复合材料比电容仅为1127 F/g,只保留了大约50%的比电容,并且经过1000次循环后,比电容仅剩45.3%。较差的倍率性能和较差的循环稳定性是由于蓬松多孔结构的不稳定而导致。