[發明專利]用于超級電容器的NiSe2-Ni2O3納米復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810359479.6
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108597899B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 呂建國;孟璐
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/46;H01G11/24;H01G11/86
• 代理公司: 33231 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 梁群蘭<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開一種用于超級電容器的NiSe₂?Ni₂O₃納米結構復合材料及其制備方法。所述納米材料由直接生長于泡沫鎳表面的NiSe₂和Ni₂O₃兩相組成，形貌為結構相似的納米顆粒，在泡沫鎳表面密集生長。NiSe₂?Ni₂O₃納米復合材料的制備使用泡沫鎳直接作為基底材料和鎳源，二氧化硒作為硒源，水為溶劑，通過一步水熱法在泡沫鎳襯底表面合成NiSe₂?Ni₂O₃納米材料。使用所述制備材料直接作為超級電容器電極，當電流密度為1 mA cm^?2時，面積比電容值高達2.87 F cm^?2；具有較高的面積比電容和倍率性能，同時制備方法簡單，節能環保，成本較低，有利于產業化生產，具有較高的實際應用潛力。

技術領域

本發明涉及儲能產品電極材料的領域，特別涉及一種用于超級電容器的過渡金屬硒化物和氧化物復合電極材料及其制備方法。

背景技術

能源是人類社會賴以生存和發展的基礎。隨著科學技術的進步、國家經濟的發展以及生活水平的提高，人類對能源的需求日益增長。化石燃料的燃燒引起溫室效應等環境問題日益加劇，研究和開發新能源已經成為全球能源發展的趨勢，人類社會能源供給結構的重心將逐漸向風能、太陽能、潮汐能、氫能等清潔、可再生的新能源形式轉移。因此，穩定的能量儲存和轉化裝置在全球范圍內獲得了廣泛的關注與發展，取得了巨大的成果。最具代表性的包括鋰離子電池、燃料電池和超級電容器。超級電容器作為一類穩定的電能儲存和轉化裝置，具有比容量大、充放電快、功率密度高(比電池高1-2個數量級)、循環壽命長、良好的穩定性、使用溫度寬、原材料成本低、綠色無污染等一系列優點，有望在可再生新能源領域實現綠色高效的能量儲存與利用。近年來，超級電容器在心臟起搏器、移動電源、混合動力車、數碼相機、太陽能電池等領域得到了廣泛的應用。

超級電容器，又稱電化學電容器，是一種性能介于傳統電解電容器和二次電池之間的新型儲能裝置。超級電容器的結構從內到外依次是隔離膜、電解質、電極材料和集流體，其中電極材料作為研究體系的核心和基礎，與超級電容器的電容和電荷儲存密切相關，是決定比電容、循環壽命、充放電方式等性能的關鍵指標。因此，有關電極材料的制備與性能方面的研究一直是超級電容器領域的研究熱點，進一步開發高電容、性能優良的新材料至關重要。

按照儲能機理，超級電容器的電容可以分為三類——雙電層電容器、贗電容器和電池型超級電容器。雙電層電容器是通過靜電作用將電解液中的離子吸附在電極/電解液界面從而形成雙電層進行能量儲存。贗電容器是通過電極活性物質進行欠電位沉積，發生高度可逆的化學吸附、脫附或氧化、還原反應實現電荷存儲。贗電容在電極表面和整個電極內部同時產生，可以獲得比雙電層電容更高的電容值和能量密度。電池型超級電容器具有與電池材料相似的電化學特性，通過電解液離子擴散在電極材料表面發生電化學反應進行能量儲存。

在超級電容器的電極材料中，過渡金屬氧化物依據贗電容的機理進行能量儲存，相比于傳統碳材料電容器具有更高的能量密度，相比于導電聚合物電容器具有更高的循環穩定性能，具有良好的應用前景。作為超級電容器電極材料，過渡金屬氧化物需要滿足以下條件：(1)氧化物能傳遞電子；(2)金屬在一個連續范圍同時存在兩個或兩個以上的氧化態，且不發生涉及三維結構的不可逆相變；(3)發生還原反應時質子可以隨意插入氧化物晶格(氧化反應時脫出)，能輕易發生O^2-和OH^-的互相轉化。然而，過渡金屬氧化物，包括氫氧化物和硫化物的電導率普遍不高，在充放電過程中，存在實際比電容低、循環穩定性和倍率性能差等不足，阻礙了實際應用與產業化發展。因此，尋找一種高比電容、高電導率、高循環穩定性的超級電容器電極材料成為了研究與產業化的共同目標。