[發明專利]一種三維結構的氫氧化鎳/碳復合電極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210438049.6
• 申請日: 2012-11-06
• 公開（公告）號: CN102903530A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 米紅宇;樊劍章;崔青霞
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種利用導電聚合物衍生的氮摻雜碳納米管為基體，由納米纖維狀的金屬氫氧化物垂直生長在碳納米管表面而構成的三維結構氫氧化鎳/碳復合材料的制備方法。通過結構設計、組成優化、合成方法集成，實現材料儲能性能的提高，屬于超級電容器電極材料制備的新技術。

背景技術

隨著電動汽車以及各種電子設備的發展，具有良好功率特性的超級電容器受到了國內外廣泛的關注。基于儲能機理的不同，超級電容器可以分為兩類:一種是基于碳電極/電解液界面電荷分離所產生的雙電層電容；另一種是采用RuO₂等貴金屬(氫)氧化物做電極的電容器，是利用(氫)氧化物電極表面及體相中發生的氧化還原反應而產生的電容，由于該類電容的產生機制與雙電層電容不同并伴隨電荷的傳遞過程發生，這種電容被稱為法拉第準電容。

在各種電極材料中，鎳基材料由于具有價格低廉，理論容量高等優點受到了更多的關注。然而，這類材料在電化學過程中仍然存在性能不穩定、電阻大、利用率低等缺點。因此，人們試圖通過結構設計、組成優化等途徑來解決上述問題。目前的研究顯示，將碳材料與(氫)氧化鎳復合是一種提高儲能效率的良策。一般的，所選擇的基體碳材料有活性炭、碳納米管，而采用高活性的氮摻雜碳納米管是非常稀少的。考慮到三維結構材料的構筑存在一定的難度，本發明以導電聚合物衍生的碳納米管為基體，通過超聲-回流-反相微乳輔助的水熱這種集成的制備方法，實現一維氫氧化鎳納米纖維在這種特殊碳納米管表面的定向生長，從而獲得電容性能良好的三維結構氫氧化鎳/碳納米管復合材料。通過文獻查閱，鎳基復合材料的制備通常采用傳統的沉淀法、水熱法、熱解法等，但這些方法很難實現氫氧化鎳在碳管上定向生長。

研究內容

本發明的目的是研制一種具有較好電容特性的三維結構鎳基復合電極材料的制備方法。對比于傳統的沉淀法、水熱法、溶劑熱法等方法，本方法具有結構可控性、性能優異、重現性好、無污染、產品純度高等特點，并且非常適合制備各種三維結構的碳基復合材料。

本發明的技術方案：以導電聚合物衍生的碳納米管為基體，蒸餾水為溶劑，通過超聲和回流，實現氫氧化鎳種子在碳納米管表面的形成。然后利用反相微乳輔助的水熱方法，實現氫氧化鎳納米纖維在碳納米管表面的原位生長，最終獲得由氫氧化鎳納米纖維垂直生長在碳納米管表面的一種可作為超級電容器電極材料的三維結構復合材料。

提取操作步驟：首先，將種子模板法制備的聚吡咯管熱解成氮摻雜的碳納米管。然后，將一定量的氮摻雜碳納米管和鎳鹽加入到去離子水中，超聲并回流一定時間。之后，將該混合液冷卻至室溫后，再加入一定量的預先配制的有機混合液，然后將最終的混合液轉移至水熱釜中反應幾個小時后，得到氫氧化鎳/碳納米管復合材料。

對采用本方法制備的三維氫氧化鎳/碳材料進行超級電容器電極性能評價。在0~0.5?V?的電位區間內，在電流密度為10?mA·cm^?2時，比電容高達1398?F·g^?1，顯示出極高的比電容。