[發明專利]一種棒狀結構鈷鎂雙氫氧化物/泡沫鎳超級電容器電極的制備方法

在審

• 申請號: 202210534090.7
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114974929A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 陳晨;師天雨;王紅菊;馬中軍;高志永;劉寧;武大鵬;蔣凱
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30;H01G11/26;H01G11/24
• 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

本發明公開了一種棒狀結構鈷鎂雙氫氧化物/鎳泡沫鎳超級電容器電極的制備方法，以泡沫鎳、硝酸鉆、乙酸鎂和尿素為原料，以氟化銨為刻蝕劑，在水熱反應釜中于90~180℃水熱反應，在泡沫鎳基底上沉積生長納米棒狀結構鈷鎂雙氫氧化物形成活性電極。本發明制備的鈷鎂雙氫氧化物/泡沫鎳活性電極能夠提供較高的贗電容，同時具備較高的電子和離子導電性以及優越的結構韌性，從而能夠全方位提高電容器的比電容和倍率性能。

技術領域

本發明屬于超級電容器電極的制備技術領域，具體涉及一種棒狀結構鈷鎂雙氫氧化物/泡沫鎳超級電容器電極的制備方法。

背景技術

超級電容器是一類重要的電化學儲能器件，主要通過多孔電極電解液界面電荷聚集雙電層電容或活性材料表面及內部可逆氧化還原反應贗電容來儲存電荷，相比常規二次電池具有優異的功率密度、充放電速率、循環性能和較寬工作溫度范圍，在較高功率輸出的用電設施如便攜電子產品和混合動力汽車等領域有重要開發前景。但是，相對于其它二次電池，超級電容器的比電容及能量密度有待提高，因此提高超級電容器的比容及能量密度是此領域目前研究開發的重點。電極材料是超級電容器的關鍵組成部分，其導電性、表面特性以及氧化還原活性等因素對器件的電容及能量密度有直接影響。贗電容活性物質表面能發生可逆氧化還原反應，能提供較高比電容，因而是一類高效超級電容器電極材料。通過合理結構設計提高贗電容活性電極材料的電解質擴散通道以及同集流體的有效連接提高電極的離子、電子導電性，從而同時具備較高倍率性能，這對超級電容器的應用推廣至關重要。

鈷鎂雙氫氧化物是一類重要的電極材料，其中的金屬元素不同氧化值之間的氧化還原反應能提供較高贗電容，因此可用作高性能超級電容器電極材料。但是贗電容活性電極材料的較低導電性會限制其倍率性能，采用合理路徑，在金屬集流體表面沉積多級結構材料，能有效改善活性材料與集流體的導電接觸以及電解質擴散通道，全方位提高電容器的比電容及倍率性能。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種工藝簡單且成本低廉的棒狀結構鈷鎂雙氫氧化物超級電容器電極的制備方法，該方法以泡沫鎳集流體為基底，沉積生長了一種棒狀結構鈷鎂雙氫氧化物贗電容活性材料，以簡單易行的方法制備較高比電容和倍率性能的超級電容器電極，制備的鈷鎂雙氫氧化物/泡沫鎳超級電容器電極在堿性電解質中，能提供較高充放電比容，同時具備顯著的倍率性能，表明該電極在電化學儲能性能方面的巨大開發潛力。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種棒狀結構鈷鎂雙氫氧化物/泡沫鎳超級電容器電極的制備方法，其特征在于具體過程為：將硝酸鈷、乙酸鎂、尿素和氟化銨溶解于去離子水中形成均勻混合溶液，再將該均勻混合溶液轉移至水熱反應釜中；將泡沫鎳基底用硝酸溶液刻蝕處理，洗滌干燥后浸沒在水熱反應釜內的反應溶液中，于90~180℃水熱反應，在泡沫鎳基底上生長沉積棒狀結構鈷鎂雙氫氧化物形成活性電極。

進一步優選，所述的所述的硝酸鈷、乙酸鎂和氟化銨的總摩爾量與尿素的投料摩爾比為2~5:6，硝酸鈷、乙酸鎂和氟化銨的投料摩爾比為4:3:1，泡沫鎳基底的尺寸為1.5cmx 1.5cm x 1.0cm。

進一步優選，所述的棒狀結構鈷鎂雙氫氧化物/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2mmol硝酸鈷、1.5mmol乙酸鎂、0.5mmol氟化銨、6mmol尿素在磁力攪拌下溶解于去離子水中形成均勻混合溶液，再將該均勻混合溶液轉移至水熱反應釜中；將尺寸為1.5cm x 1.5cm x 1.0cm的泡沫鎳基底用摩爾濃度為0.1M的硝酸溶液刻蝕處理，洗滌干燥后浸沒在水熱反應釜內的反應溶液中，于120℃水熱反應6h，在泡沫鎳基底上生長沉積棒狀結構鈷鎂雙氫氧化物形成活性電極，該活性電極在1mA/cm²的恒電流密度下，比電容為3.46F/cm²，在20mA/cm²的大電流密度下，比電容達1.28F/cm²。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

1、本發明引入硝酸鈷和乙酸鎂，因為鈷、鎂離子具有較高的電容特性，可作為主要的儲能材料。