2.3 稀释法制备氧化镍

2.3.1 氧化镍的制备

以2.2节所述制备的氢氧化镍样品为基础，用管式炉在氮气（N₂）保护下300℃加热3h，得到氧化镍，然后将样品研细待用。

2.3.2 电极制备和性能测试

将氧化镍和石墨按照9∶1质量比例混合，用玛瑙研钵研磨30min，使其充分混合，加入足够的无水乙醇调成浆状，用超声波振荡30min使其进一步混合均匀，加入适量的聚四氟乙烯作为黏合剂。用辊轧机压成厚度为0.5mm的薄片，在80℃下烘干至恒重。将电极用12MPa的压力压制到泡沫镍网集流体上，然后切割成1cm×1cm的电极片作为工作电极，电解质采用3mol/L的氢氧化钾（KOH）溶液，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，铂片（Pt）为辅助电极（对电极）组成三电极体系，物理和电化学性能测试方法与2.2.2节一致。

2.3.3 实验结果与讨论

图2-7所示为氧化镍的扫描电镜图。由图可知，NiO是由薄片堆积而成的花球状，直径为500nm左右。这种结构有利于材料与电解液的接触，可提高电极材料的比表面积，使其能够与电解液充分地浸润。

图2-7 氧化镍的扫描电镜图

图2-8所示为氧化镍的XRD图谱，由图可见无杂质峰出现，仅在37.3°、43.3°和62.9°处出现衍射峰[对应（111），（200）和（220）]，而且62.9°峰较宽和花球状形貌可推测此晶体为44～1159。除了在2θ=37.3°处有一强峰外，其余的衍射峰强度均较小，半峰宽较大，表明晶化程度较小，有研究表明结晶程度小的材料更适用于超级电容器电极材料。

设定工作区间为0～0.45V（与SCE相比），扫描速度分别为1mV/s和2mV/s，将氧化镍在3mol/L的氢氧化钾（KOH）电解液中进行循环伏安测试，循环伏安曲线如图2-9所示。由图可知，循环伏安曲线没有呈现规则的矩形特征，存在明显的氧化还原峰。其中氧化峰相对Ni²⁺氧化为Ni³⁺，还原峰对应其可逆过程，在0.22V和0.35V处存在较明显的氧化还原峰，表明此电位附近伴随有赝电容产生。由公式C_m=I·Δt/（ΔU·m）可得当扫描速度为1mV/s和2mV/s时，电极材料的最高比容量分别为608F/g和580F/g。

图2-8 氧化镍的XRD图谱

图2-9 氧化镍电极的循环伏安曲线（a=1mV/s；b=2mV/s）

图2-10所示为氧化镍电极的恒流放电曲线，电压范围为0～0.37V。经计算在放电电流为5mA、10mA和20mA时，电极材料的比容量分别为405F/g、392F/g和300F/g。

分别在5mA和10mA的恒定电流下进行连续循环充放电实验，氧化镍电极的循环性能如图2-11所示。可知当充放电电流为5mA时，初次循环比容量高达405F/g，达到200次循环后比容量稳定于365F/g（容量保持在90%以上）；在充放电电流为10mA时，初次循环比容量为392F/g，达到200次循环后比容量稳定于355F/g（容量保持在91%以上）。这可能是在循环初期，电流流动引起球状表面破坏，从而造成了比表面积减小。由此可得，随着电流的增大，比容量有所减小，但容量保持率基本不变。

图2-10 氧化镍电极的恒流放电曲线（A=5mA；B=10mA；C=20mA）

图2-11 氧化镍电极的循环性能（A=5mA；B=10mA）