[發明專利]一種制備Ni?Co?O超級電容器復合材料的裝置和方法

有效

• 申請號: 201510258964.0
• 申請日: 2015-05-20
• 公開（公告）號: CN104923138B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 文利雄;程丹;陳建峰
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;H01G11/86;H01G11/24;H01G11/46
• 代理公司: 北京五月天專利商標代理有限公司11294
• 代理人: 梁慶豐

技術領域

本發明屬于能源材料制備技術領域，其產品的應用則可歸屬于材料科學與工程，具體涉及制備Ni-Co-O超級電容器復合材料的裝置和方法。

背景技術

超級電容器技術的發展核心是電極材料，包括碳材料、金屬氧化物及復合材料等。但碳基材料的比電容普遍較低。貴金屬RuO₂雖然具有相當優異的電化學性能，其比電容可以達到768?F/g，但由于釕金屬資源有限、價格高昂且對環境有污染，限制了其在實際中廣泛的應用。過渡賤金屬氧化物已經被當作可代替RuO₂的下一代超級電容電極材料來進行研究，但是單一賤金屬氧化物（MnO₂、NiO、Co₃O₄等）電極材料的電化學性能也普遍不高，大多介于200-600?F/g之間。所以尋找價格低廉、環境友好、性能優異的電極材料是當今亟待解決的問題。

因此，復合材料正受到越來越多的重視。雖然目前制備的單一NiO與Co₃O₄電極材料的比電容不是很高，但是Co₃O₄的理論比電容可達3650?F/g，NiO的理論比電容可達2584?F/g，如果把兩者進行摻雜，將可能通過協同作用來獲得高比電容的復合材料。早在2002年Hu等就提出把Co²⁺加入到鎳的氧化物，以提高材料的比電容與循環性，從而把比電容提高到了730?F/g。Chang等用無模板法在水熱條件下合成了Ni-Co-O復合材料，在4?A/g的電流密度下其比電容高達1560?F/g。可見Ni-Co-O復合材料已顯示出優良的電化學性能，將會是一種非常有潛力的超級電容器電極材料。

Ni-Co-O復合材料的制備方法主要有溶膠-凝膠法、水熱法與電沉積法等。溶膠-凝膠法雖然制備的氧化物粉末顆粒較小，但是其制備過程復雜、制備周期長，以及常常需加入一些有毒的有機溶劑，所以不適合工業化大生產。水熱法制備的產物純度高、分散性好、晶型好且可控，但是其設備要求高、成本高、能耗大等限制了其實際中的應用。電沉積法可以通過改變電沉積參數精確控制薄膜的結構與厚度以獲得高性能，但其產量少、影響工藝參數太多、對裝置的要求比較高。

撞擊流（Impinging?Stream）最早是在1961年由前蘇聯科學家Elperin提出的。撞擊流的最初設想是由氣-固兩相流相向流動撞擊，由于氣-固兩相的相間傳遞作用，從而強化了混合。隨著撞擊流的發展，Gaddis等人研究了氣-液兩相的撞擊，得出氣體循環量和氣速對撞擊流的傳質具有重要影響的結論，接著Mahajan等人研究了液-液連續相撞擊流的微觀混合作用，隨后研究者對撞擊流的應用范圍進行了補充，根據相撞流體的特性，氣體連續相撞擊流（GIS）和液體連續相撞擊流（LIS）都屬于撞擊流的流相范圍。Tamir等對撞擊流進行了大量的研究，證實了撞擊流確實能夠實現混合/傳遞過程強化。Amarjit研究了自由撞擊流反應器(TIJ)混合性能的影響因素，認為其微觀混合時間小于65?ms。Brian提出了一種空間受限的撞擊流反應器（CIJR），并研究了其微觀混合性能，指出該撞擊流反應器的微觀混合時間小于9.5?ms。本發明在單級微撞擊流反應器的基礎上進行拓展，構建二級微撞擊流反應器并應用其制備復合材料，不僅可使各組分混合均勻、反應完全，而且操作簡單、環境友好且可連續生產。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種可用于制備Ni-Co-O超級電容器復合材料的裝置。本發明的另一目的在于提供一種顆粒尺寸小、電容性能較好的超級電容器材料的制備方法。

本發明采用如下技術方案：一種制備高性能Ni-Co-O復合超級電容器材料的裝置，其包括三個用于存放反應液的儲液槽和分別與儲液槽相連的平流泵，兩個T型三通通過毛細管與三臺平流泵相連接，反應器出口設置出口管，所述裝置為二級微撞擊流反應器，兩股溶液先在一級T型三通內進行預混合，再與第三股溶液在二級T型三通內進行反應。

在本發明的一個優選實施方式中，其特征在于微通道的內徑為0.6-3?mm。

在本發明的一個優選實施方式中，其特征在于反應器的入口流速可調節，流速范圍介于30-80?mL/min。

本發明還涉及采用上述裝置來制備Ni-Co-O超級電容器復合材料的方法，將含鎳的鹽溶液和含鈷的鹽溶液通過一個三通連接器預混合后，再與沉淀劑在二級T型微通道中共沉淀合成其前驅體，煅燒得到Ni-Co-O復合材料。