[發(fā)明專利]一種泡沫鎳負(fù)載的堿式碳酸鎳鈷和二氧化錳核殼結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器復(fù)合電極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011514335.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN112735855B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙純;萬俊寧;何東;索輝;田富同
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/86
• 分類號(hào): H01G11/86;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/46
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠(yuǎn)

一種泡沫鎳負(fù)載的堿式碳酸鎳鈷和二氧化錳核殼結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器復(fù)合電極材料及其制備方法，屬于超級(jí)電容器電極材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明使用水熱法在泡沫鎳上合成堿式碳酸鎳鈷納米線，之后使用循環(huán)伏安法進(jìn)行電活化，最后使用電沉積法在堿式碳酸鎳鈷納米線上復(fù)合二氧化錳，形成泡沫鎳負(fù)載的堿式碳酸鎳鈷和二氧化錳核殼結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備方法，具有工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件易于控制且原料成本低廉、操作方便、易于工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。泡沫鎳負(fù)載的堿式碳酸鎳鈷和二氧化錳核殼結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的核殼結(jié)構(gòu)增加了電極反應(yīng)活性位點(diǎn)，改善了電極的離子傳輸效率和電導(dǎo)率，使材料具有較高的比電容和倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超級(jí)電容器電極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種泡沫鎳負(fù)載的堿式碳酸鎳鈷和二氧化錳核殼結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器復(fù)合電極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器又稱電化學(xué)電容器(EC)，是一種新型高效儲(chǔ)能元件，具有功率密度高、充放電速度快、循環(huán)特性穩(wěn)定、運(yùn)行安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。電化學(xué)電容器可分為雙層電容器、贗電容器和混合超級(jí)電容器。雖然雙電層電容器(EDLCs)廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和微型器件中，具有較高的功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性，但其獲得的電容和能量密度通常較低。這是因?yàn)镋DLCs材料的電荷存儲(chǔ)機(jī)制主要是電極/電解液界面的電荷分離。與EDLCs材料相比，通過表面/近表面氧化還原反應(yīng)存儲(chǔ)電荷的贗電容材料可以提供更高的比電容。但是，贗電容材料的低傳導(dǎo)效率和低利用率是贗電容型超級(jí)電容器亟需解決的問題之一。堿式碳酸鎳鈷是一種具有高理論比電容的贗電容材料，具有豐富的氧化還原反應(yīng)位點(diǎn)，具有可觀的發(fā)展前景。本發(fā)明采用電化學(xué)方法對(duì)堿式碳酸鎳鈷進(jìn)行活化，再采用電沉積法在其表面鍍上二氧化錳以提高材料的電導(dǎo)率和電子傳輸效率，彌補(bǔ)其為儲(chǔ)能材料的短板。該復(fù)合材料具有合成簡(jiǎn)易、儲(chǔ)能能力強(qiáng)和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種泡沫鎳負(fù)載的堿式碳酸鎳鈷和二氧化錳核殼結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器復(fù)合電極材料及其制備方法，解決了堿式碳酸鎳鈷由于本身電導(dǎo)率限制其難以進(jìn)行復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)建的問題。通過本發(fā)明方法合成的復(fù)合電極材料具有電化學(xué)性能強(qiáng)和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

本發(fā)明所述的一種泡沫鎳負(fù)載的堿式碳酸鎳鈷和二氧化錳核殼結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，該方法使用水熱法在泡沫鎳上合成堿式碳酸鎳鈷納米線，之后使用循環(huán)伏安法進(jìn)行電活化，最后使用電沉積法在堿式碳酸鎳鈷納米線上復(fù)合二氧化錳，形成泡沫鎳負(fù)載的堿式碳酸鎳鈷和二氧化錳核殼結(jié)構(gòu)，其是以堿式碳酸鎳鈷為核，以二氧化錳為殼。具體步驟如下：

1)將泡沫鎳用去離子水和乙醇分別超聲波清洗3～5次，每次10～15分鐘，以去除雜質(zhì)；然后在40～60℃下干燥1～3h；

2)將摩爾比為1：1：2的CoCl₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O和CO(NH₂)₂在磁力攪拌下依次加入到去離子水中，攪拌5～10分鐘得到水熱反應(yīng)前驅(qū)液；隨后立即將步驟1)清洗后的泡沫鎳置入該水熱反應(yīng)前驅(qū)液中，于反應(yīng)釜中110～160℃下水熱反應(yīng)14～18h，然后將反應(yīng)釜自然冷卻至室溫，取出電極材料；

3)將步驟2)得到的電極材料用去離子水和乙醇分別沖洗3～5次，隨后在通風(fēng)、50～70℃下干燥0.5～2h，得到泡沫鎳負(fù)載堿式碳酸鎳鈷電極材料；

4)以2～6mol L^-1的KOH溶液為電解液，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑電極為對(duì)電極，步驟3)得到的泡沫鎳負(fù)載堿式碳酸鎳鈷電極材料為工作電極，采用循環(huán)伏安法對(duì)泡沫鎳負(fù)載堿式碳酸鎳鈷電極材料進(jìn)行電活化，然后取出工作電極并用去離子水浸泡清洗；循環(huán)伏安法的電勢(shì)窗口為0～0.5V，掃描速度為80～120mV s^-1，循環(huán)次數(shù)為15～30次；