[發明專利]鈷酸鋅納米棒/泡沫鎳復合電極、制備方法及其應用

無效

• 申請號: 201210092670.1
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102664103A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 陳娣;劉彬;沈國震;劉伯陽
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/042
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明屬于新一代能源存儲領域，特別涉及一種鈷酸鋅納米棒/泡沫鎳復合結構高容量超級電容器。

背景技術

隨著通訊、電子設備、汽車工業和空間技術等方面迅速發展，國際能源緊缺問題已經日益突出，各國都在加緊對新能源的開發和研究。在新一代能源存儲領域，超級電容器和鋰離子電池是不可或缺的組成部分，迅速被廣泛用于移動電話、筆記本電腦和軍事設備等領域，日益擴大的電動汽車領域將給超級電容器帶來更大的發展空間。相比鋰離子電池，超級電容器有著其他儲能元件無法比擬的功率方面的巨大優勢和突出特性。超級電容器雖然有著較高的功率密度，但是在研究中不難發現高功率情況下超級電容器的電容量和能量密度是極低的，其原因在于電極本身結構單一，金屬集流體與材料的導電性、接觸性較差，充放電過程中由于對電極破壞較大引起表面積偏小等，這極大的制約它在今后電動汽車上有更大的發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈷酸鋅納米棒/泡沫鎳復合電極，同時具有大比表面積的一維鈷酸鋅納米材料以及疏松多孔的泡沫鎳的特性，能夠有效地增加與電解液的接觸面積，使電極材料更充分的參與到電化學的反應當中，使得材料擁有很好的電化學性能，并具有良好的柔性，適應未來對于柔性可折疊電池的需求。

本發明的另一目的在于提供制備上述鈷酸鋅納米棒/泡沫鎳復合電極的方法。

本發明的第三目的在于提供上述鈷酸鋅納米棒/泡沫鎳復合電極在超級電容器的應用。

一種鈷酸鋅納米棒/泡沫鎳復合電極，在泡沫鎳片上生長有鈷酸鋅納米棒。

一種制備鈷酸鋅納米棒/泡沫鎳復合電極的方法，具體為：將泡沫鎳片浸泡在硝酸鋅和硝酸鈷的混合溶液中，加熱至80°-150℃后保溫，滴加草酸溶液，反應直到泡沫鎳上生長出納米結構前驅體，取出泡沫鎳，依次清洗、烘干和煅燒得到鈷酸鋅納米棒/泡沫鎳復合電極。

進一步地，所述硝酸鋅和硝酸鈷的質量濃度分別為0.008～0.034mol/L和0.017～0.066mol/L；

進一步地，采用回流反應爐加熱；

進一步地，保溫1-2小時；

進一步地，在300～500℃下退火煅燒2小時。

鈷酸鋅納米棒/泡沫鎳復合電極在超級電容器中的應用，將其作為超級電容器的工作電極。

本發明具有以下有益效果：

①本發明采用導電性好且具有疏松多孔的獨特結構的泡沫鎳作為基底，在表面直接生長鈷酸鋅納米材料，這樣很有利于節約傳統電極中所使用的導電劑和粘結劑材料，節能環保，也避免了繁瑣制作電極片的過程。由于活性材料是生產在泡沫鎳上的原因，所以材料與基底接觸非常好，便于增強電子傳輸，有利于超級電容器的循環性能。這種新穎的多級復合結構具有很高的實用價值。

②所制的復合結構同時具有大比表面積的一維鈷酸鋅納米材料以及疏松多孔的泡沫鎳的特性，能夠有效地增加與電解液的接觸面積，使電極材料更充分的參與到電化學的反應當中，使得材料擁有很好的電化學性能。

③制得的復合電極具有良好的柔性，可適應未來對于柔性可折疊電池的需求；

④將本發明鈷酸鋅納米棒/泡沫鎳復合電極所應用的超級電容器進行性能測試，在1000次充放電循環后，電容量依舊保持為初始值的97％以上，顯示該超級電容器優良的循環壽命。在20A/g的高電流密度充放電下，該超級電容器有高達1000以上的比電容量，完全適應高功率的應用；

⑤制作過程簡單易行，原料低廉，只需采用簡單的回流法與溫度較低的退火過程，設備要求與成本都較低，適合于大規模推廣生產。

附圖說明

圖1為純泡沫鎳的掃描電子顯微鏡圖；

圖2為長有鈷酸鋅納米棒的泡沫鎳復合結構的掃描電子顯微鏡圖；

圖3為放大的長有鈷酸鋅納米棒的泡沫鎳復合結構的掃描電子顯微鏡圖；

圖4為超級電容器循環性能測試結果圖。

圖5為超級電容器倍率性能測試結果圖。

圖6為超級電容器能量密度和功率密度測試結果圖。

具體實施方式

本發明首先通過回流法制得長有鋅鈷氧前驅體的泡沫鎳，之后再通過馬弗爐退火，將前驅體充分氧化，制得長有鋅鈷氧棒狀結構的泡沫鎳。

以下結合具體的實施例對本發明的技術方案作進一步的說明：

實施例1：

①在常溫下，通過充分攪拌，將硝酸鋅與硝酸鈷以0.017mol/L和0.033mol/L的濃度同時溶解于去離子水中，制成溶液A，并將3～4片已剪好的泡沫鎳片(如圖1所示)浸泡在該溶液中；