[發明專利]一種泡沫鎳載Cu/Cu2O的超級電容器電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310421428.9
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103474258A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王貴領;黃紀春;潘越;曹殿學;楊賽男;劉彤;劉新偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種電化學電容器電極材料的制備方法，具體地說是一種泡沫鎳載Cu/Cu₂O的電極材料的制備方法。

背景技術

超級電容器是利用電極/溶液表面的電化學過程儲存電荷的一種儲能元件，也叫電化學電容器。它具有可快速充放電，且壽命長、工作溫限寬、電壓記憶性好、免維護的優點，是一種新型、高效、實用的能量儲存裝置。

為了進一步提高超級電容器的能量密度，近年來開發出了混合型超級電容器。混合超級電容器是利用金屬氧化物與活性炭分別作為正負極電極材料的電容器，其工作機理主要是雙電層原理和法拉第準電容原理。雙電層電容允許大電流快速充放電，而法拉第準電容可通過快速可逆的法拉第反應來實現大能量存儲，超級電容器的大容量和高功率充放電就是由這兩種原理產生的。并且兩者結合起來會產生更高的工作電壓，因此混合電容器的能量密度遠大于雙電層電容器，但同時其充放電曲線又具有明顯的非線性。由于在超級電容器的充放電過程中正負極的儲能機理不同，因此其具有雙電層電容器和法拉第準電容器的雙重特征。

電極材料是決定超級電容器性能的關鍵因素之一，所以電極材料的研究也成為超級電容器研究的熱點。對電極材料的研究主要集中在高比容量、高能量密度、高功率密度、低等效串聯電阻以及性價比高的活性材料上。其中Cu₂O是一種重要的過渡金屬氧化物電極材料。

電極充電時，Cu₂O被氧化成CuO；電極放電時，CuO再還原為Cu₂O參見(1)式。

具體可參見文獻Zhang?H?X,Zhang?M?L.Synthesis?of?CuO?nanocrystalline?and?their?application?aselectrode?materials?for?capacitors.Materials?Chemistry?and?Physics,108(2008)184–187.，以及Zhang?H?X,Feng?J,Zhang?M?L.Preparation?of?flower-like?CuO?by?a?simple?chemical?precipitation?method?and?their?application?as?electrode?materials?for?capacitor[J].Materials?Research?Bulletin,43(2008)3221–3226。

發明內容

本發明的目的是提供一種活性物質的比容量高，電導率高，循化性能好的泡沫鎳載Cu/Cu₂O的超級電容器電極材料的制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：

（1）、將三水硝酸銅與尿素混合，配成0.05-0.10mol·L^-1三水硝酸銅與0.5-1.0mol·L^-1尿素的混合溶液；（2）、泡沫鎳用丙酮超聲除油15min，6mol·L^-1HCl刻蝕3-6min，之后用蒸餾水清洗干凈；（3）、將步驟（1）所得混合溶液轉移至反應釜中，泡沫鎳斜靠在反應釜中，90-95℃反應10-15h；（4）、反應釜自然冷卻時室溫，取出泡沫鎳，超聲去除沉積物；（5）、50-60℃干燥10-15h得到Cu/Cu₂O的混合物，Cu₂O與Cu的摩爾比例約為80-85:20-15。

本發明以水熱反應和置換反應制備泡沫鎳載Cu/Cu₂O，再以泡沫鎳載Cu/Cu₂O為電極材料，按(1)式和進行充放電，再和其它電極材料組成超級電容器。

本發明的實質是采用超級電容器結構，以泡沫鎳載Cu/Cu₂O取代活性粉末與活性炭和粘結劑混合再壓制到泡沫鎳上的做法，構成超級電容器的電極。

本發明的優點在于利用泡沫鎳載Cu/Cu₂O作為超級電容器的電極材料，實現了Cu和Cu₂O以一定比例在泡沫鎳表面的原位合成，一方面活性物質Cu₂O的比容量高，另一方面Cu的導電性強，彌補了Cu₂O電導率低的弱點。泡沫鎳載Cu/Cu₂O不但不使用導電劑和粘結劑，而且使活性物質利用率大大提高，比容量增加，循化性能變好。

具體實施方式

下面舉例對本發明做更詳細的描述：