[發明專利]多孔結構鈷酸鋅?石墨烯復合活性材料/泡沫鎳超級電容器電極的制備方法

在審

• 申請號: 201710651058.6
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107492451A
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 高志永;張玲翠;武大鵬;徐芳;王禎;蔣凱
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/26;H01G11/28;H01G11/30;H01G11/36;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: 路寬

技術領域

本發明屬于超級電容器電極的制備技術領域，具體涉及一種多孔結構鈷酸鋅-石墨烯復合活性材料/泡沫鎳超級電容器電極的制備方法。

背景技術

隨著化石能源消費的不斷增加和日益加劇的環境壓力，綠色高效的能源器件研究開發備受重視。超級電容器是一類重要的電化學儲能器件，具有高功率密度、短充放電時間和長循環壽命等優勢，應用前景非常廣闊。依據儲能機制，超級電容器可分為雙電層電容器和贗電容型電容器，其中贗電容型電容器主要通過電極自身的氧化還原反應儲存電荷，其工作原理類似于傳統二次電池，因而具有較高的比容和能量密度。電極材料自身的氧化還原活性是決定贗電容型電容器儲能性能的關鍵因素，一些具有較高氧化還原活性的過渡金屬氧化物如RuO₂、MnO₂、Co₃O₄等具有較高理論比容，是常用的贗電容活性電極材料。由不同過渡金屬組成的復合氧化物具有不同的微觀結構和能帶結構，因而具有更優越的氧化還原活性，也可用作高性能贗電容活性材料，在近些年受到廣泛關注。

鈷酸鋅是一類重要的尖晶石型雙金屬復合氧化物，在鋰離子電池、鋰空電池及超級電容器中廣泛用作電極材料。由于復合物中的元素鈷能通過氧化還原反應提供顯著的贗電容，因此具有優越的贗電容特性。此外該復合氧化物中的金屬元素毒性較低，可用作高效安全的贗電容活性材料，進而通過與低維導電碳質材料復合，在碳基體表面構建多級結構框架，提高復合材料可接觸表面積和電子離子導電性，能進一步改善電極材料的電容性能。但是目前為止，有關鈷酸鋅與碳質基體復合物的研究開發報道較少，采取簡便高效合成工藝制備多孔結構鈷酸鋅與碳質基體復合物電極對綠色高效超級電容器的開發應用有積極意義。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種多孔結構鈷酸鋅-石墨烯復合活性材料/泡沫鎳超級電容器電極的制備方法，該方法所制得的鈷酸鋅-石墨烯復合活性材料/泡沫鎳超級電容器電極能夠提供優越的電容性能。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，多孔結構鈷酸鋅-石墨烯復合活性材料/泡沫鎳超級電容器電極的制備方法，其特征在于具體步驟為：將氧化石墨烯和嵌段聚合物表面活性劑P123超聲分散在尿素水溶液中形成均勻分散液，再向該分散液中加入硝酸鈷和乙酸鋅形成均勻前驅體溶液，然后將該前驅體溶液轉移至水熱反應釜中，同時將泡沫鎳放入到水熱反應釜內前驅體溶液中，于90-150℃水熱反應在泡沫鎳集流體表面沉積鈷鋅氫氧化物-石墨烯復合物，超聲洗滌并干燥后轉移至馬弗爐中在空氣氣氛中于250℃煅燒制得多孔結構鈷酸鋅-石墨烯復合活性材料/泡沫鎳超級電容器電極。

進一步優選，所述氧化石墨烯與嵌段聚合物表面活性劑P123的質量比為1:5，尿素溶液的摩爾濃度為0.025mol/L，尿素溶液與氧化石墨烯的投料配比為1mL:1mg，硝酸鈷和乙酸鋅的總摩爾量與氧化石墨烯的投料配比為1×10^-3mol:10mg，硝酸鈷與乙酸鋅的摩爾比為1:3-3:1，泡沫鎳基底的尺寸為1cm×1cm×0.1cm。

本發明制得的多孔結構鈷酸鋅-石墨烯復合活性材料具有較高的比表面積，有利于電解質離子的充分吸附，復合活性材料呈現出顯著的贗電容，因而能提供較高比容。同時，該復合活性材料的多孔結構能提供高效離子擴散通道和良好導電性，直接沉積的活性物質能與泡沫鎳集流體緊密接觸，可避免傳統電極制作過程中粘結劑的使用，其較高的離子和電子導電性有助于獲得較高的倍率性能，適合大電流充放電。此外，該多孔結構鈷酸鋅-石墨烯復合活性材料/泡沫鎳超級電容器電極的制作方法簡單，易于控制，成本較低，可望以較大規模制作高性能的超級電容器。

附圖說明

圖1為本發明實施例2制得活性電極的掃描電鏡圖；

圖2為本發明實施例2制得活性電極在2mol/L KOH電解質中不同電流密度下的充放電曲線。

具體實施方式

以下通過實施例對本發明的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明上述內容實現的技術均屬于本發明的范圍。

實施例1