[發明專利]一種泡沫鎳原位制備碳微粒超級電容器電極的方法

無效

• 申請號: 201110370634.2
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102509627A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 陳易明;張海燕;劉麗英;曾國勛;陳雨婷
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及一種泡沫鎳原位制備碳微粒超級電容器電極材料的方法。

背景技術

超級電容器是一種介于傳統電容器和電池之間的新型儲存電能的器件。它具有比傳統電容器高得多的能量密度和比容量，同時又具有比電池大得多的功率密度。超級電容器一般具有如下特點：(1)具有高的能量密度和功率密度；(2)具有瞬間釋放大電流、充電時間短、充電效率高的優點；(3)具有循環壽命長的優點；(4)使用溫度范圍寬，低溫性能優越。(5)具有漏電電流小、自放電時間長的優點；(6)對環境無污染，尤其是以碳材料為電極材料的超級電容器，可作為真正的綠色能源。

碳材料是一種常用的超級電容器電極材料，可用于超級電容器電極的碳材料主要包括：活性碳、碳纖維、玻璃碳、石墨、碳黑、碳氣凝膠、碳納米管等。

活性碳比表面積大、化學穩定性好，而且價格低廉，是使用最多的碳電極材料，其在超級電容器中的應用技術也最成熟。泡沫鎳是一種孔率在90％以上的典型泡沫金屬，作為電極基體的集流材料，具有承載電極活性物質和匯集電化學反應電流的雙重功能。泡沫鎳被廣泛用于的各類電池，電容器中作為電極導電基體。

目前，超極電容器電極的制備方法一般是將碳材料與導電劑和粘結劑混合，合漿后再涂在導電基體上，碳材料與粘結劑的比例，合漿的工藝及涂漿工藝均對電極材料的性能有較大的影響。

發明內容

本發明的目的是提供了一種采用熱絲和射頻等離子體復合化學氣相沉積技術在泡沫鎳原位生長碳微粒超級電容器電極的方法，簡化了基于碳材料的超級電容器制備工藝，所制備的碳微粒超級電容器電極具有較高的電容量。

本發明采用熱絲和射頻等離子體復合化學氣相沉積技術，以CH4為碳源，在泡沫鎳基體生長原位生長碳微粒，用作超級電容器電極材料。

本發明提供的一種泡沫鎳原位制備碳微粒超級電容器電極的方法，以泡沫鎳為導電骨架，以Ni(NO₃)₂或Fe(NO₃)₃作為催化劑，采用熱絲和射頻等離子體復合化學氣相沉積工藝，氫氣作為還原氣體，CH₄作為碳源，制備碳微粒超級電容器電極。

所述Ni(NO₃)₂水溶液的濃度范圍為1mol/L～飽和。

所述Fe(NO₃)₃水溶液的濃度范圍為1mol/L～飽和。

所述CH₄∶H₂體積比為1～6∶1，反應溫度為500℃。

所述熱絲的加熱電流為20～40A。

所述射頻等離子體的射頻功率為100～300W。

所述熱絲和射頻等離子體復合化學氣相沉積時間為30～60min。

本發明提供的一種泡沫鎳原位制備碳微粒超級電容器電極的方法，具體包括以下的步驟：

1.泡沫鎳基底的處理

將泡沫鎳剪成小片，在0.01mol/L?NaOH中超聲清洗20min，去除表面油污，用去離子水清洗后，在稀HCl中再超聲清洗20min，以去除表面的氧化物，用去離子水清洗至中性后再在乙醇溶液中超聲清洗20min，真空干燥后備用。

將泡沫鎳在1mol/L～飽和Ni(NO₃)₂或Fe(NO₃)₃溶液中浸泡4h，然后在80℃下真空干燥。

2.碳微粒超級電容器電極的原位生長

將干燥后泡沫鎳放入熱絲和射頻等離子體復合化學氣相沉積系統，先抽背底真空至10^-3Pa，之后關閉分子泵，通入高純氮氣，在氮氣氛下將襯底加熱至500℃，之后通入高純氫氣進行還原Ni(NO₃)₂或Fe(NO₃)₃，還原時間為60min。

隨后在保持500℃的襯底溫度下，通入CH₄氣體，體積比為CH₄∶H₂＝1～6∶1，反應氣壓為28Pa，開啟熱絲電源，電壓為40V，電流為20～40A，再開啟射頻電源，功率設置為100～300W，30～60min后結束反應，關閉H₂和CH₄后在N₂氣氛中降溫至常溫，得到表面為黑色，原位生長在泡沫鎳骨架上的碳微粒電極材料。