[發(fā)明專利]一種摻N碳納米管/氧化鈷鎳/摻N多孔炭的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810178192.3
• 申請(qǐng)日: 2018-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN108417402B
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪曉芹;楊玉飛;李侃社
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/24
• 分類號(hào): H01G11/24;H01G11/30;H01G11/34;H01G11/36;H01G11/44;H01G11/46;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安啟誠(chéng)專利知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61240
• 代理人: 馮亮

本發(fā)明公開了一種摻N碳納米管/氧化鈷鎳/摻N多孔炭的制備方法，包括：一、向乙酸鎳溶液中加入煤基聚苯胺得糊狀物A；二、向草酸鈷懸浮液中加入煤基聚苯胺得糊狀物B；三、糊狀物A熱解；四、糊狀物B熱解；五、將兩次熱解收集的石英片上的產(chǎn)物混合均勻，記為石英片產(chǎn)物；六、將石英舟產(chǎn)物A、石英舟產(chǎn)物B和石英片產(chǎn)物混合均勻，得到混合粉體；七、水熱反應(yīng)得黑色沉淀物；八、洗滌，干燥，煅燒，得摻N碳納米管/氧化鈷鎳/摻N多孔炭復(fù)合粉體。本發(fā)明制備的摻N碳納米管/氧化鈷鎳/摻N多孔炭復(fù)合粉體有較低的內(nèi)阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻，較高的比電容，較好的倍率特性和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲(chǔ)能材料與煤炭深加工的交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種摻N碳納米管/氧化鈷鎳/摻N多孔炭的制備方法。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器既有靜電電容器高的功率密度、短的充電時(shí)間、高的充放電效率、長(zhǎng)的循環(huán)壽命、可以在超低溫度下工作的特點(diǎn)，又具有與鋰電池較接近的能量密度，因此成為能量存儲(chǔ)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。超級(jí)電容器的電極材料直接影響著超級(jí)電容器的性能，因此高比電容、高比功率、高比能量、充放電穩(wěn)定的電極材料的制備就成為解決問題的關(guān)鍵。目前，商品化超級(jí)電容器的電極材料以雙電層電容特性的碳材料為主，但因空間有限，其存儲(chǔ)能力有限。研究報(bào)道，含氮碳材料具有更高的比容量、更好的催化特性和更好的親水性；摻N碳納米管由于氮元素在碳納米管中引入了結(jié)構(gòu)缺陷，表現(xiàn)出了更好的吸附特性、電化學(xué)特性和電子輸運(yùn)特性，且通過調(diào)節(jié)N的摻雜量，碳納米管可在金屬性與半導(dǎo)體性間變換；碳材料與金屬氧化物復(fù)合，可有效提高比電容，改善電容性能。

煤是含有大部分大稠環(huán)有機(jī)化合物和小部分無機(jī)礦物的混合物，其來源豐富，成本低，適合于制備各種碳材料。煤的高溫干餾工藝是將煤隔絕空氣加熱到1000℃左右，熱解后可獲得焦炭(多孔炭)、焦油和煤氣。目前，由于鋼鐵產(chǎn)量下降，導(dǎo)致焦炭需求量下降。另外，該工藝中產(chǎn)生的焦油和煤氣由于處理不當(dāng)也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。

研究報(bào)道，Ni、Co或其化合物對(duì)煤的高溫?zé)峤庥写呋饔?；高溫下，向納米級(jí)Ni金屬微粒中通入甲烷、乙烯等氣態(tài)烴與氫氣的混合氣氛時(shí)，會(huì)在表面生長(zhǎng)碳納米管；NiCo₂O₄是近些年研究報(bào)道的具有最高比電容和優(yōu)良電容性能的熱點(diǎn)儲(chǔ)能材料之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種摻N碳納米管/氧化鈷鎳/摻N多孔炭的制備方法。該方法在煤基聚苯胺的熱解中，有效利用裂解產(chǎn)生的含氫氣的氣態(tài)烴或氮雜烴，使其在鎳微粒表面吸附、裂解并沉積成高附加值的摻N碳納米管，解決了煤熱解產(chǎn)生的廢氣排放問題；采用液相化學(xué)氧化工藝，將熱解產(chǎn)物中殘存的鎳、鈷催化劑，及碳納米管中的鎳催化劑，氧化成贗電容性能良好的氧化鈷鎳，綜合提高了復(fù)合材料的電容性能；氧化鈷鎳的導(dǎo)電性不好，而碳納米管導(dǎo)電性優(yōu)良，故碳納米管的加入可顯著改善復(fù)合材料的導(dǎo)電性，降低其用作電極材料時(shí)的內(nèi)阻；氮摻雜后，碳納米管在水性電解質(zhì)中具有了更好的電解質(zhì)離子吸附特性、電化學(xué)特性和電子輸運(yùn)特性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種摻N碳納米管/氧化鈷鎳/摻N多孔炭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、將乙酸鎳溶解于無水乙醇中，得到溶液，然后向所述溶液中加入煤基聚苯胺，攪拌均勻，得到糊狀物A；所述乙酸鎳和煤基聚苯胺的質(zhì)量比為(0.5～2):1；

步驟二、將草酸鈷分散于無水乙醇中，得到懸浮液，然后向所述懸浮液中加入煤基聚苯胺，攪拌均勻，得糊狀物B；所述草酸鈷和煤基聚苯胺的質(zhì)量比為(0.5～2):1；