[發明專利]一種核殼結構鉬酸鎳@鈷酸鎳復合材料的制備和應用

在審

• 申請號: 201710265019.2
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107068415A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 胡韶芳;劉靜杰;穆培振;柴和平;楊忠祥;李偉莉
• 申請（專利權）人: 河南新太行電源股份有限公司
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/46;H01G11/86
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙)41139
• 代理人: 林海

技術領域

本發明涉及超級電容器領域，特別是一種適用于超級電容器的核殼結構鉬酸鎳@鈷酸鎳復合材料的制備和應用。

背景技術

隨著經濟社會的快速發展和人口的急劇增長，以及人們對生活質量要求的提高，這都加速了能源與資源的消耗。而傳統能源如煤炭、石油、天然氣等都是不可再生能源，由于當今社會的巨大消耗量，其存儲量已快接近枯竭。21世紀，能量存儲問題是諸多挑戰中的一種。因此，亟需研究出一種高性能、低成本和環境友好型的儲能裝置來滿足人們的需求。超級電容器，又叫做電化學電容器，因具有較高的能量密度、快速的充放電過程、環境友好和長的使用壽命等優點，受到人們的廣泛關注。根據儲能機理，超級電容器可分為兩類：雙電層電容器和法拉第贗電容器。在雙電層電容器中，電荷在電極材料和電解質溶液的表面得到積累（如碳材料）。而法拉第贗電容器儲存能量通過在電極表面發生快速且可逆的氧化還原反應（如金屬氧化物/氫氧化物和導電聚合物）。金屬氧化物電極因贗電容行為使其潛在的比電容比碳材料要高。在金屬氧化物中，特別是二元金屬氧化物，因具有多重氧化態，可以發生豐富的氧化還原反應，單一氧化物之間存在協同效應，有望成為高性能的超級電容器電極材料。近年來，金屬鉬酸鹽（CoMoO₄、NiMoO₄、MnMoO₄）具有價格低廉、環境友好、資源豐富等特點受到科研工作者的關注。由于Ni離子的高電化學活性而使NiMoO₄具有更高的比容量。以NiMoO₄為關鍵詞在科學引文索引（SCI）中近5年的檢索結果，可以發現：與NiMoO₄有關的文獻逐年增多，已逐漸成為研究熱點。

鈷酸鎳（NiMoO₄）作為一種新型的超級電容器電極材料，具有比容量高、價格低廉、環境友好和資源豐富等優點。盡管NiMoO₄較其它金屬氧化物擁有更高的比容量，但仍然因其自身導電性能差而阻礙其發展與應用。法拉第贗電容儲能方式，只有電極材料表面或者近表層的活性物質能參與氧化還原反應，材料內部的活性物質不能夠被充分利用，從而導致其比容量小于理論值。本發明，采用在泡沫鎳表面生長活性物質，保證了活性物質與導電基體和電解液之間的充分接觸，提高其比電容、倍率性能以及循環穩定性。

鈷酸鎳（NiCo₂O₄）是利用更便宜、更環保的Ni原子取代Co₃O₄中的Co原子而得到的一種復合雙金屬氧化物，其具有與主體Co₃O₄相同的尖晶石結構，到目前為止，由于NiCo₂O₄具有比Co₃O₄和NiO高出兩個數量級的電導率，因而作為先進超級電容器的贗電容材料表現出了良好的電化學性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種新的核殼結構鉬酸鎳@鈷酸鎳復合材料。

本發明的技術方案是，（1）泡沫鎳的預處理：對泡沫鎳進行表面清洗以除去表面的雜質及氧化物；

（2）以泡沫鎳為基體的納米棒狀結構鉬酸鎳材料的制備

（2-1）將經過步驟（1）處理后的泡沫鎳垂直放入反應釜中；

（2-2）將一定比例的鉬酸鈉、硝酸鎳和醋酸鈉分散在去離子水中，磁力攪拌3h，得到均勻的混合溶液；

（2-3）將上述混合液轉移至反應釜，溫度為80-200℃下反應2-15h；

（2-4）反應完畢，將所得到產物用去離子水清洗數次，經干燥后得到以泡沫鎳為基體的納米線狀鉬酸鎳材料；

（3）將制備的鉬酸鎳材料與硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸銨和氨水溶液進行共沉淀反應；

（4）反應完畢，將所得到產物用去離子水清洗數次，經干燥后，焙燒，再冷卻至室溫，最終得到核殼結構鉬酸鎳@鈷酸鎳復合材料。

鉬酸鈉與硝酸鎳的摩爾比1:1，鉬酸鈉與醋酸鈉的摩爾比1:1~10:1，鉬酸鎳：硝酸鎳的摩爾比10:1~1:1。

所述清洗采用超聲波清洗，清洗三次，每次3分鐘。

將水熱輔助共沉淀反應后得到的復合材料進行焙燒，焙燒的溫度為250-450℃，時間為1-4h，升溫速率為0.1-10℃/分鐘之間。

所述以泡沫鎳為基體的線狀納米結構NiMoO4材料制備，其水熱反應溫度為100-160℃，反應時間為4-10h。