[發(fā)明專利]一種鎳基堿式碳酸鎳薄膜材料及其制備方法和應(yīng)用有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201310155711.1 | 申請日： | 2013-04-28 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN103233268A | 公開（公告）日： | 2013-08-07 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 雷曉東;谷耀行;王琳娜;孫曉明 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京化工大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | C30B29/10 | 分類號(hào)： | C30B29/10;H01G11/30 |
| 代理公司： | 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275 | 代理人： | 張水俤 |
| 地址： | 100029 北京市*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 鎳基堿式 碳酸 薄膜 材料 及其 制備 方法 應(yīng)用 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電化學(xué)儲(chǔ)能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種鎳基堿式碳酸鎳薄膜材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
超級(jí)電容器，由于其使用壽命長、維護(hù)費(fèi)用低、溫度特性好、充電時(shí)間短以及節(jié)能高效等優(yōu)良特性，使得它在當(dāng)今世界對于高效環(huán)保儲(chǔ)能材料的熱切需求中占據(jù)有力地位。電容器，從儲(chǔ)能機(jī)理上劃分可以分為雙電層電容器和贗電容電容器。雙電層電容器由于依賴于傳統(tǒng)的雙電層儲(chǔ)能機(jī)理限制了它的比容量（不超過250F/g）。而贗電容電容器的儲(chǔ)能主要來自于發(fā)生贗電容氧化還原反應(yīng)，這樣電容量遠(yuǎn)高于前者，尤其是可以部分或全部替代汽車的牽引電源和啟動(dòng)能源。但是在電動(dòng)車動(dòng)力源中的電池-電容器混合系統(tǒng)中的大容量電容器所需要的釕材料非常昂貴，這也是限制超級(jí)電容器普及的一個(gè)非常關(guān)鍵因素。因此，降低成本，制備性價(jià)比高的超級(jí)電容器是目前超級(jí)電容器應(yīng)當(dāng)解決的首要問題。
電極材料作為超級(jí)電容器的重要組成部分，對性價(jià)比起著決定作用。在文獻(xiàn)J.AM.CHEM.SOC.2010,132,7472-7477中，Wang等報(bào)道了在石墨烯薄片(GS)上生長β-Ni(OH)2，在2.8A/g條件下達(dá)到1335F/g，45.7F/g達(dá)到953F/g，并且獲得了十分優(yōu)異的循環(huán)性能。在文獻(xiàn)Chem.Commun.,2011,47,9651-9653中，Lu成功得在泡沫鎳基底上生長β-Ni(OH)2，在5mA/cm2下獲得2675F/g的比電容值以及在500次循環(huán)后仍然保持96%的高循環(huán)穩(wěn)定性。除了β-Ni(OH)2，對于α-Ni(OH)2的研究也取得了階段性成果，由于α相金屬氫氧化物由于晶型結(jié)構(gòu)的特殊性，理論上可以獲得更優(yōu)良的電化學(xué)性能。在文獻(xiàn)Chem.Commun.,2012,48,2773-2775中，Yang等成功在石墨烯材料上合成了球狀α-Ni(OH)2，在5mV/s下比電容量達(dá)到1760.72F/g。
在對Ni(OH)2做了大量研究以外，金屬氧化物在超級(jí)電容器中也占有很重要的位置。大量文獻(xiàn)也報(bào)道過NiO或者NiO與其他氧化物氫氧化物復(fù)合作為儲(chǔ)能設(shè)備的電極材料。在文獻(xiàn)Nano?Lett.,2010,10,4099-4104中，Kim等成功合成NiO-TiO2陣列，并且成功應(yīng)用于超級(jí)電容器電極材料，在500mV/s的高掃描速率下只比在5mV/s下降低12%的電容量。在文獻(xiàn)Chem.Mater.,2008,20,3360-3367中，Varghese在鎳線圈上生長NiO陣列，并對其在鋰離子電池中的性能進(jìn)行測試，在1.25C下獲得638mAh/g的容量。在文獻(xiàn)Appl.Mater.Interfaces?2011,3,2063-2073中，Meher用微波法制備了多孔NiO，在2A/g條件下獲得了370F/g的比電容。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鎳基堿式碳酸鎳薄膜材料及其制備方法，該材料可用作超電容以及電吸附的電極材料。
本發(fā)明所述的鎳基堿式碳酸鎳薄膜材料是以泡沫鎳為基體，在基體表面原位生長堿式碳酸鎳晶體，所述的堿式碳酸鎳晶體的化學(xué)式為Ni2(OH)2CO3·4H2O；該鎳基堿式碳酸鎳薄膜晶型完整，粒徑分布均一。
本發(fā)明所述的鎳基堿式碳酸鎳薄膜材料的制備方法是：將泡沫鎳片放置于硝酸鎳溶液中，通過調(diào)變堿溶液，并且控制pH，反應(yīng)溫度，反應(yīng)時(shí)間，在泡沫鎳片上原位生長堿式碳酸鎳晶體。
本發(fā)明所述的鎳基堿式碳酸鎳薄膜材料的制備方法，具體步驟如下：
1）取純度大于90wt%的泡沫鎳片為基體，用濃鹽酸超聲波清洗，然后分別用去離子水和無水乙醇超聲清洗，烘干備用；
2）配制硝酸鎳溶液；取NaOH與Na2CO3用去離子水配制成堿性溶液；將步驟1）中處理后的泡沫鎳片放入硝酸鎳溶液中，然后逐滴加入堿性溶液至pH值為8-10，于50-90℃下反應(yīng)6-14h，取出泡沫鎳片，使用去離子水超聲波清洗，于50-100℃下干燥5-20h；
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