CN102129914A - 泡沫镍原位制备CuO的超级电容器电极材料的方法 - Google Patents

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莫英华
王莎莎
常莎
曹殿学
汤胜
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Abstract

本发明提供的是一种泡沫镍原位制备CuO的超级电容器电极材料的方法。先将0.1-0.3mol·L-1Cu(NO3)2和质量百分比25-30％的氨水溶液混匀，搅拌15-30min，至呈深蓝色混合溶液；将深蓝色混合溶液在90℃下预热2h后放入1-4cm2的泡沫镍，在80-95℃温度下加热5-8小时，取出泡沫镍烘干，既得泡沫镍原位制备的CuO电极材料；所述泡沫镍的比表面积为300-350g·m-2。本发明的实质是采用超级电容器结构，以泡沫镍原位制备的CuO取代CuO粉末与活性炭和粘结剂混合再压制到泡沫镍上的做法，构成超级电容器的电极。本发明不但制备方法简单，而且比容量高，循化性能好。

Description

泡沫镍原位制备CuO的超级电容器电极材料的方法
技术领域
本发明涉及的是一种电极材料的制备方法，具体地说是一种泡沫镍原位制备的CuO电极材料的方法。
背景技术
超级电容器是利用电极/溶液表面的电化学过程储存电荷的一种储能元件，也叫电化学电容器。它具有可快速充放电，且寿命长、工作温限宽、电压记忆性好、免维护的优点，是一种新型、高效、实用的能量储存装置。
为了进一步提高超级电容器的能量密度，近年来开发出了混合型超级电容器。混合超级电容器是利用金属氧化物与活性炭分别作为正负极电极材料的电容器，其工作机理主要是双电层原理和法拉第准电容原理。双电层电容允许大电流快速充放电，而法拉第准电容可通过快速可逆的法拉第反应来实现大能量存储，超级电容器的大容量和高功率充放电就是由这两种原理产生的。并且两者结合起来会产生更高的工作电压，因此混合电容器的能量密度远大于双电层电容器，但同时其充放电曲线又具有明显的非线性。由于在超级电容器的充放电过程中正负极的储能机理不同，因此其具有双电层电容器和法拉第准电容器的双重特征。
电极材料是决定超级电容器性能的关键因素之一，所以电极材料的研究也成为超级电容器研究的热点。对电极材料的研究主要集中在高比容量、高能量密度、高功率密度、低等效串联电阻以及性价比高的活性材料上。其中CuO是一种重要的过渡金属氧化物电极材料。
电极放电时，CuO接受两个电子还原为Cu2O，Cu2O再接受两个电子还原为Cu。电极充电时，Cu吸附溶液中的OH-，被氧化成Cu2O；然后Cu2O吸附溶液中的OH-，被氧化成CuO。参见(1)式和(2)式。
Figure BDA0000042830370000012
氧化铜的制备方法很多，如微乳液法、激光蒸凝法、沸腾回流法、电化学法和模板法等。无论采用那一种方法制备CuO，都需将先CuO与活性炭和粘结剂混合，再压制到导电载体泡沫镍上。这样做不但活性催化物质的利用率低，而且在大电流放电时很容易出现浓差极化，此外CuO与泡沫镍的连接也不紧密，接触电阻大，严重地影响了超级电容器的性能。具体可参见文献Zhang H X，Zhang M L.Synthesis of CuO nanocrystallineand their application aselectrode materials for capacitors.Materials Chemistryand Physics，108(2008)184 187.，以及Zhang H X，Feng J，Zhang M L.Preparationof flower-like CuO by a simple chemical precipitation method and theirapplication as electrode materials for capacitor[J].Materials ResearchBulletin，43(2008)3221 3226。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备方法简单，比容量高，循化性能好的泡沫镍原位制备CuO的超级电容器电极材料的方法。
本发明的目的是这样实现的：
先将0.1-0.3mol·L-1Cu(NO 3)2和质量百分比25-30％的氨水溶液混匀，搅拌15-30min，至呈深蓝色混合溶液；将深蓝色混合溶液在90℃下预热2h后放入1-4cm2的泡沫镍，在80-95℃温度下加热5-8小时，取出泡沫镍烘干，既得泡沫镍原位制备的CuO电极材料；所述泡沫镍的比表面积为300-350g·m-2。
本发明提供了一种以泡沫镍原位制备的CuO为超级电容器的电极材料的方法，克服了活性物质利用率低，在大电流放电时易出现浓差极化，以及CuO与泡沫镍的连接也不紧密，接触电阻大等缺点，解决了超级电容器的电极材料活性差的问题。
本发明以泡沫镍原位制备的CuO为电极材料，按(1)式和(2)式进行充放电，再和其它电极材料组成超级电容器。
本发明的实质是采用超级电容器结构，以泡沫镍原位制备的CuO取代CuO粉末与活性炭和粘结剂混合再压制到泡沫镍上的做法，构成超级电容器的电极。
本发明的优点在于利用泡沫镍原位制备的CuO作为超级电容器的电极材料，不但制备方法简单，而且比容量高，循化性能好。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述：
1、先将0.1mol·L-1Cu(NO3)2和质量百分比25％的氨水溶液混匀，搅拌20min，至呈深蓝色溶液。将该混合溶液在90℃下预热2h后放入1-4cm2的泡沫镍(300-350g·m-2)，再加热(80-95℃)5-8小时，取出泡沫镍烘干，既得泡沫镍原位制备的CuO电极材料。
2、先将0.2mol·L-1Cu(NO3)2和质量百分比30％的氨水溶液混匀，搅拌30min，至呈深蓝色溶液。将该混合溶液在90℃下预热2h后放入1-4cm2的泡沫镍(300-350g·m-2)，再加热(80-95℃)5-8小时，取出泡沫镍烘干，既得泡沫镍原位制备的CuO电极材料。
3、先将0.3mol·L-1Cu(NO3)2和质量百分比30％的氨水溶液混匀，搅拌30min，至呈深蓝色溶液。将该混合溶液在90℃下预热2h后放入1-4cm2的泡沫镍(300-350g·m-2)，再加热(80-95℃)5-8小时，取出泡沫镍烘干，既得泡沫镍原位制备的CuO电极材料。
为了更好地说明本发明的效果，下面以具体实例加以说明。
1、利用泡沫镍原位制备的CuO作为正极，以6mol/L的KOH作为电解液，尼龙-聚丙烯纤维作为隔膜，活性炭电极作为电池的负极，得CuO/活性炭混合电容器。以电流密度5mA·cm-2恒流充放电时最大比容量为60.4F·g-1，循环500次后放电比容量仍保持28.7F·g-1。
2、利用泡沫镍原位制备的CuO作为工作电极，以6mol/L的KOH作为电解液，铂电极为对电极，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，以电流密度5mA·cm-2恒流充放电测试其放电比容量最高可达614.3F·g-1，充放电循环500次后比容量衰减率为5.7％。
3、利用泡沫镍原位制备的Cu0.9Co0.1O作为工作电极，以6mol/L的KOH作为电解液，铂电极为对电极，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，以电流密度5mA·cm-2恒流充放电测试其放电比容量最高可达684.5F·g-1，充放电循环500次后比容量衰减率为4.8％。
4、利用泡沫镍原位制备的Cu0.9Ni0.1O作为工作电极，以6mol/L的KOH作为电解液，铂电极为对电极，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，以电流密度5mA·cm-2恒流充放电测试其放电比容量最高可达646.1F·g-1，充放电循环500次后比容量衰减率为5.1％。

Claims (1)

1.一种泡沫镍原位制备CuO的超级电容器电极材料的方法，其特征是：先将0.1-0.3mol·L-1Cu(NO3)2和质量百分比25-30％的氨水溶液混匀，搅拌15-30min，至呈深蓝色混合溶液；将深蓝色混合溶液在90℃下预热2h后放入1-4cm2的泡沫镍，在80-95℃温度下加热5-8小时，取出泡沫镍烘干，既得泡沫镍原位制备的CuO电极材料；所述泡沫镍的比表面积为300-350g·m-2。
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