[發明專利]一種泡沫鎳基負載的金屬氧化鎳/碳復合電極材料

無效

• 申請號: 201110246544.2
• 申請日: 2011-08-26
• 公開（公告）號: CN102324321A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 趙純;王艷;邢雙喜;索輝;趙旭;朱再成
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于超級電容器技術領域，具體涉及一種在泡沫鎳上制備的金屬氧化鎳/碳復合電極材料，該材料可以廣泛用于電池電極材料、超級電容器電極材料。

技術背景

能源危機與環境污染越來越引起人們的重視，這促使人們開始尋找各種新型的能源來代替傳統的化石能源。電容器是一種能儲蓄電能的設備與器件，由于它的使用能避免電子儀器與設備因電源瞬間切斷或電壓偶爾降低而產生的錯誤動作，所以它作為備用電源被廣泛應用于聲頻/視頻設備、調協器、電話機、傳真機及計算機等通訊設備和家用電器中，以及在無軌電車和電動汽車上的應用，與太陽能電池或風能發電站配套應用，用作大功率激光器的脈沖電源，工業領域，軍事和航天領域等?，F有電化學電容器的容量已經越來越難滿足各種領域的需求，所以人們開始開發各種新型的負極材料來提高電化學電容器性能。

碳電極的研究熱點主要集中在制備具有高比表面積、合理的孔徑分布和較小的內阻的電極材料上。目前應用于超級電容器的碳材料主要有活性碳、活性炭纖維、碳氣凝膠、碳納米管、碳球等。金屬氧化物電極材料主要有氧化釕、氧化鎳、氧化鈷、氧化錳、氧化鐵以及氧化鋁等。

有序多孔碳材料作為超級電容器電極材料，已具備了大比表面積、均勻孔徑分布、物化性能穩定的優點，但目前仍不能回避的是其比容量較低、能量密度也較小。金屬氧化物和導電聚合物電極材料均具有比電容大、能量密度高和能快速充放電的特點；然而金屬氧化物的比表面積較小，導電聚合物在長期充放電過程中會發生體積的膨脹和收縮，性能并不穩定。

為克服單一材料的局限性，不同類型材料之間的性能相互補償，由此產生了復合型電極材料。由于有序多孔碳與金屬氧化物材料的優點，因此，越來越多的研究者開始關注有序多孔碳與金屬氧化物的復合材料，以期實現材料成本和性能之間的合理平衡。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種新的超級電容器電極材料-氧化鎳/碳復合電極材料。

本發明所述的在泡沫鎳基上負載的金屬氧化鎳/碳復合電極材料，其由如下步驟制備：

1.清洗泡沫鎳基片：將泡沫鎳基片依次用去離子水、乙醇、丙酮、乙醇、去離子水超聲洗滌，然后烘干；

2.按摩爾比3∶1～10∶1的比例配制葡萄糖和鎳鹽(硝酸鎳、硫酸鎳、乙酸鎳、氯化鎳)的混合溶液；

3.將步驟1清洗后的泡沫鎳基片放入聚四氟乙烯的反應釜中，再將步驟2得到的葡萄糖和硝酸鎳的混合溶液轉移至該反應釜中，使泡沫鎳基片完全浸入該混合溶液中，然后于160～200℃溫度條件下反應10～25h；

4.把泡沫鎳基片取出，首先用去離子水沖洗泡沫鎳基片，然后再用去離子水和乙醇溶液分別進行超聲清洗，最后，把泡沫鎳基片在烘箱中烘干，然后在氮氣氣氛下進行高溫炭化(逐步加熱至800～1000℃，保溫2～5小時)，冷卻至室溫，即得到泡沫鎳基金屬氧化鎳/碳復合電極材料。

本發明通過化學一步水熱法在泡沫鎳基片上制備得到金屬氧化鎳/碳復合微球，再經炭化過程就能得到泡沫鎳基金屬氧化鎳/碳復合電極材料。工藝簡單、材料制備成本低，易實現大規模生產。

可以將制備好的泡沫鎳基氧化鎳/碳復合電極材料直接作為工作電極，用金屬鉑片作為輔助電極，氧化汞作為參比電極進行電化學性能的表征。放電比容量最高可達263F·g^-1，并且表現出良好的功率性能和循環性能。

附圖說明

圖1：空白泡沫鎳基片的掃描電鏡照片；

圖2：本發明實施例2制備的泡沫鎳基金屬氧化鎳/碳復合電極材料的低倍(100μm＊100)掃描電鏡照片；

圖3：本發明實施例2制備的泡沫鎳基金屬氧化鎳/碳復合電極材料的高倍(10μm＊2500)掃描電鏡照片；

圖4：本發明實施例2制備的泡沫鎳基金屬氧化鎳/碳復合電極材料的XRD譜圖；

圖5：本發明實施例2制備的泡沫鎳基金屬氧化鎳/碳復合電極材料的循環伏安曲線；

圖6：本發明實施例2制備的泡沫鎳基金屬氧化鎳/碳復合電極材料的恒流充放電曲線；

圖7：本發明實施例2制備的泡沫鎳基金屬氧化鎳/碳復合電極材料的循環壽命曲線。

具體實施方式

實施例1：