[發明專利]一種基于超薄二維氫氧化鎳納米材料的超級電容器的制備方法及應用

無效

• 申請號: 201310475624.4
• 申請日: 2013-10-13
• 公開（公告）號: CN103489663A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 曹傳寶;朱有啟
• 申請（專利權）人: 曹傳寶
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/86
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于超薄二維氫氧化鎳納米材料的超級電容器的制備方法與應用，屬于超級電容器制備技術及應用領域。?

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背景技術

超級電容器又叫電化學電容器，由于具有功率密度高、充放電時間短、循環壽命長等優點，被認為是一種具有廣泛應用前景的高能化學電源。根據電荷儲存機理，可以把超級電容器分為電化學雙電層電容器和贗電容器兩類。電化學雙電層電容器主要利用電極材料表面可逆的離子吸附來儲存電荷，所用材料為碳質材料，這類超級電容器具有很高的功率密度，但是其能量密度較低。而贗電容器是利用電極材料表面發生的可逆的多電子法拉第氧化還原反應來儲存電荷，它的能量密度是電化學雙電層電容器的數倍。然而贗電容器儲存電荷的活性中心僅局限在材料表面，材料本體內部得不到有效利用，致使活性材料利用率較低，以至于無法獲得可以與電池相當高的能量密度。另外，贗電容電極材料在高倍率下無法獲得理想的電化學穩定性。它們不能同時保證較好的倍率性能和電化學可逆性。因此，開發新的贗電容電極材料，并改善電極材料上影響發生電化學反應過程的因素，確保有利的反應動力和高的活性材料利用率是超級電容器技術的關鍵所在。?

良好的贗電容性能取決于高效的表面電化學反應，所有用來提高其綜合儲能性能的方法都是基于提高其表面控制的化學反應過程考慮的。為了提高其能量密度，關鍵的是要增加其比容量，為此研究者提出了許多可行的方法。其中采用納米技術來降低材料尺寸增加其活性比表面積是一種較常用的方法。由于贗電容儲存電荷的中心僅位于活性材料的表面幾個納米深處，降低材料顆粒尺寸能夠大大增加活性表面進而可以提高材料利用率。然而由于活性材料顆粒尺寸很小，其表面能比較大，在持續循環中往往會發生二次團聚變成較大的顆粒從此失去良好的循環穩定性。因此僅僅依靠減小活性材料尺寸無法獲得良好的綜合性能，設計開發理想的納米結構電極材料仍舊是超級電容器領域亟待解決的關鍵問題。?

在實際應用中贗電容材料也應該保持高倍率條件下快速反應的動力，這就要求活性材料表面能夠提供高效的電荷傳輸和質量傳遞。二維結構的納米材料具有超薄的厚度，幾乎全部由表面構成，能夠讓所有的材料參與表面電化學反應，因此是贗電容器理想的電極材料。超薄二維納米材料能夠縮短電解質離子和電子的擴散路徑，提供較大的電化學活性比表面積，且具有較好的結構穩定性。在眾多贗電容材料中，由于具有較高的比容量、高的電化學氧化還原活性、和獨特的層狀結構，氫氧化鎳被認為是一種最有前景的電極材料。據申請人所知，至今為止未見報道過利用超薄二維氫氧化鎳納米材料作電極來制備超級電容器的技術方法。與其他材料相比，利用超薄二維氫氧化鎳納米材料作電極的超級電容器表現出了超高的比容量、優良的倍率性能和超長的循環壽命。基于超薄二維氫氧化鎳納米材料電極的超級電容器的制備方法簡單，不需要特殊精密復雜設備，適合工業化生產，可以用于通訊、消費和娛樂電子、信號監控等領域，尤其是能滿足新能源電動汽車的通用要求，能促進電動汽車的發展和普及。?

發明內容

本發明的目的是為了解決現有超級電容器比容量低、循環壽命短等技術難題，提供一種基于超薄二維氫氧化鎳納米材料的超級電容器的制備方法與應用。?

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。?

本發明為一種基于超薄二維氫氧化鎳納米材料的超級電容器的制備方法與應用，具體步驟如下：?

步驟一、以超薄二維氫氧化鎳納米材料作為活性物質，把活性物質、導電劑和粘結劑按照一定質量比分散到分散劑中，超聲處理混合均勻，然后涂覆到電池級集流體上，真空干燥，壓片后便制成超級電容器電極。

步驟二、將步驟一制備的超級電容器測試電極浸泡在電解液中10個小時以上進行活化處理，以碳材料作為對電極，以離子通透膜作為隔膜，組裝成非對稱型超級電容器，或用大面積鉑片作為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極組裝成模擬超級電容器，在堿性電解液中進行電化學性能測試考察。?

所述的一種基于超薄二維氫氧化鎳納米材料的超級電容器的制備方法與應用，其特征在于：以超薄二維氫氧化鎳納米材料作為主要電極，具有超高的比容量，良好的循環穩定性；?

所述超薄二維氫氧化鎳納米材料特征為：具有高電化學活性的α晶相，結晶度良好，晶型單一，微觀結構形貌特征為超薄、大面積、單分散片狀，厚度1~80?nm，面積為數十平方微米；

所述導電劑為：乙炔黑，Super?P，科琴黑，導電石墨，碳納米管，石墨烯中的一種；