[發(fā)明專利]一種碳納米管/氧化鎳復合材料及其超級電容器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310565338.7
• 申請日: 2013-11-13
• 公開（公告）號: CN103560018B
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 宋懷河;徐繼勇;陳曉紅
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01G11/36
• 分類號: H01G11/36;H01G11/46;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種碳納米管/氧化鎳復合材料、制備方法和基于該復合材料的超級電容器。該方法通過將碳納米管在鎳鹽乙醇溶液中浸漬，然后進行還原和煅燒處理過程，得到碳納米管/氧化鎳復合材料，其中，碳納米管與氧化鎳的質量比為（9:1?2:3）。電化學測試結果表明，使用該復合材料制備的超級電容器具有良好的電容性能。

技術領域

本發(fā)明涉及超級電容器技術領域，特別涉及一種用于超級電容器電極材料的碳納米管/氧化鎳復合材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器(Supercapacitor)，即電化學電容器(Electrochemical Capacitor)，作為新型儲能器件，它具有高能量密度的同時，還具備高功率密度的特點，這使它兼具充電電池和傳統(tǒng)電容器的優(yōu)點，還擁有可以快速充放電、循環(huán)壽命長（10萬次以上)、工作溫限寬、免維護和電壓記憶性好的特點，這些優(yōu)勢使超級電容器在汽車、通訊、航空航天和國防科技等多個領域有很廣闊的應用前景。

自發(fā)現碳納米管以來，碳納米管以其納米中空、孔徑窄且具有高表面積、高導電性和高穩(wěn)定性的特點而備受研究者們的親睞，碳納米管也被認為是復合材料、催化劑材料、儲氫材料和電容器材料的潛在選擇，尤其是其高比表面積非常有利于其在電容方面的應用。然而，盡管碳納米管導電性好、具有較高表面積，但仍然不能克服其容量小的缺點。因此研究者希望通過碳納米管與過渡金屬氧化物的復合來克服其缺點。在保持其良好循環(huán)性能的基礎上，盡可能的提高其電容。此外，NiO由于其易制備、環(huán)境友好、低成本及較高的電容量成為金屬氧化物電容器的重要選擇。其在電化學窗口0.5V范圍內，理論容量可達到2573F/g。因此，CNTs/NiO復合材料有可能成為一種優(yōu)良的電容器材料（Pei Lin，et al. TheNickel Oxide/CNT Composites with High Capacitance for Supercapacitor. J.Electrochem. Soc. 2010 157(7): A818-A823）。

近年來，由于碳納米管的特殊管狀結構特點，研究者利用限域空間效應（Zhang,H., H. Song, et al. Preparation and electrochemical performance of SnO2@carbon nanotube core–shell structure composites as anode material forlithium-ion batteries. Electrochimica Acta (2012) 59: 160-167），制備了SnO2@CNTs的核殼結構，并在鋰離子電池方面取得了不錯的效果，限域空間內有利于發(fā)揮材料的性能，材料在充放電過程中的體積膨脹作用得到有效緩解，也可充分發(fā)揮碳納米管良好的導電性，從而提高超級電容器的循環(huán)性能。目前管內填充金屬氧化物的研究尚處于探索階段，還未有有關碳納米管內填充NiO在超級電容器領域應用的報道。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題在于提供一種用于超級電容器電極材料的碳納米管/氧化鎳復合材料，所述氧化鎳填充在碳納米管中，碳納米管與氧化鎳的質量比為（9:1-2:3）。

本發(fā)明還提供了所述碳納米管/氧化鎳復合材料的制備方法，包括：

步驟一：將碳納米管在含氧酸中處理6~24h，得到酸化碳納米管；

步驟二：將酸化碳納米管、鎳鹽按質量比（1:100-1:10）溶于無水乙醇中，然后在40~80℃條件下水浴處理5~120h，將反應產物用無水乙醇反復清洗后加入硼氫化鈉的乙醇溶液反應至無氣泡產生為止，然后除去溶液中殘余反應物，烘干，即得碳納米管/氧化鎳前驅體；

步驟三：將上述碳納米管/氧化鎳前驅體置于300~400℃馬弗爐中煅燒1~24h，即得碳納米管/氧化鎳復合材料。

3、本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是：碳納米管/氧化鎳復合材料的制備方法，其特征在于：所述硼氫化鈉的乙醇溶液的濃度為（0.01g/ml-0.1g/ml）。