CN103107022B - 超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法 - Google Patents

超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法，包括：（1）将六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)和溶剂混合，搅拌，得混合溶液；（2）向上述溶液中加入聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物水溶液，并加入石墨烯水溶液，然后加热至回流，并逐滴加入氨水，反应2-24h，离心、洗涤、干燥，得到氢氧化镍和石墨烯复合物。本发明的方法制备得到的Ni(OH)2与石墨烯复合物电极材料为片状堆积结构，可以提高比表面积和导电性；本发明的方法简单、绿色环保，低成本，适于大规模生产。

Description

超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法
技术领域
本发明属于超级电容器电极材料的制备领域，特别涉及一种超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法。
背景技术
众所周知，随着全球经济的快速发展、化石能源的不断消耗、环境污染的日益严重，研究一种高效、低成本、环境友好、高性能的能源转换和储存系统已经显得越来越重要。超级电容器由于具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长等优点，被广泛应用于电动汽车，军事，移动通讯设备等领域，从而引起了科研工作者的广泛关注。然后，决定超级电容器的主要性能取决于电极材料的结构与组成。
迄今，用于超级电容器的电极材料主要包括碳材料、导电聚合物和过渡金属氧化物。在这些电极材料中，由于氢氧化镍（Ni(OH)2）具有层状结构和很高的理论比电容（2082F/g）而成为一种理想的电极材料。Ni(OH)2具有α和β二种结构，β型Ni(OH)2具有水镁石结构，是由很多有序的层状结构堆积而成，在层与层之间没有其他的物质。和β型Ni(OH)2相比，α型Ni(OH)2表现出更好的电化学性能。然而，α型Ni(OH)2很不稳定，而且由于α型Ni(OH)2在制备过程中或者在强碱介质中很容易转变为β型，因此很难制备。
石墨烯是一种二维材料，具有高的比表面积、导电性、柔韧型和机械强度，同时具有质量轻等诸多优点，使其在能源领域受到科研工作者的广泛关注。石墨烯具有单原子层厚度，是生长功能纳米材料的理想基底。最近，在超级电容器领域有很多关于石墨烯与过渡金属氧化物复合物的报道，主要通过二者的协同效应和石墨烯能加快电子转移而提高电化学性能。而且，石墨烯可以改变纳米材料的形貌可以提高材料的稳定性。目前，Ni(OH)2与石墨烯复合物的制备方法主要通过溶胶凝胶法，电化学沉积，化学浴沉积法、水热法等。然而，这些方法制备的Ni(OH)2与石墨烯复合物产量少，过程复杂，不能实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法，该发明方法制备得到的Ni(OH)2与石墨烯复合物电极材料为片状堆积结构，可以提高比表面积和导电性；本发明的Ni(OH)2与石墨烯复合物的制备方法简单、绿色环保、成本低，解决了Ni(OH)2与石墨烯复合物在超级电容器产业中的大规模应用难的问题。
本发明的一种超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法，包括：
（1）将六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)和溶剂混合，搅拌，得混合溶液，其中六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)和溶剂加入量为1-10mmol:40ml；
（2）向上述溶液中加入聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物（简称P123）水溶液，并加入石墨烯水溶液，然后加热至回流，并加入氨水，反应2-24h，离心、洗涤、干燥，得到氢氧化镍和石墨烯复合物，其中三嵌段共聚物水溶液、石墨烯水溶液和氨水的体积比为1-20ml:1-20ml:5-20ml。
所述步骤（1）中溶剂为乙醇。
所述步骤（2）中聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物水溶液的浓度为0.2g/ml。
所述步骤（2）中石墨烯水溶液的浓度为0.1mg/ml。
所述步骤（2）中氨水的加入方式为逐滴加入。
所述步骤（2）中洗涤为分别用去离子水和乙醇洗涤。
所述步骤（2）中氢氧化镍和石墨烯复合物结构是由超薄纳米片堆积而成。
有益效果
1、本发明的方法制备得到的Ni(OH)2与石墨烯复合物电极材料为片状堆积结构，可以提高比表面积和导电性；
2、本发明的Ni(OH)2与石墨烯复合物的制备方法简单、绿色环保、成本低，解决了Ni(OH)2与石墨烯复合物在超级电容器产业中的大规模应用难的问题。
附图说明
图1是本发明中实施例2制备的氢氧化镍和石墨烯复合物电极材料SEM图片；
图2是本发明中实施例2制备的氢氧化镍和石墨烯复合物电极材料TEM图片；
图3是本发明中实施例2制备的氢氧化镍和石墨烯复合物电极材料XRD图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
（1）在100ml三口烧瓶中加入原料六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)1mmol和40ml乙醇，并搅拌，制得混合溶液；
（2）向上述溶液中加入0.2g/ml聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物（简称P123）水溶液1ml，并加入0.1mg/ml石墨烯水溶液1ml；
（3）加热上述混合溶液至回流，并逐滴加入5ml氨水，反应时间为2h；
（4）反应结束，离心所得到的产物，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤，并干燥。
实施例2
（1）在100ml三口烧瓶中加入原料六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)5mmol和40ml乙醇，并搅拌，制得混合溶液；
（2）向上述溶液中加入0.2g/ml聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物（简称P123）水溶液10ml，并加入0.1mg/ml石墨烯水溶液5ml；
（3）加热上述混合溶液至回流，并逐滴加入15ml氨水，反应时间为5h；
（4）反应结束，离心所得到的产物，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤，并干燥。
实施例3
（1）在100ml三口烧瓶中加入原料六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)5mmol和40ml乙醇，并搅拌，制得混合溶液；
（2）向上述溶液中加入0.2g/ml聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物（简称P123）水溶液10ml，并加入0.1mg/ml石墨烯水溶液10ml；
（3）加热上述混合溶液至回流，并逐滴加入5ml氨水，反应时间为5h；
（4）反应结束，离心所得到的产物，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤，并干燥。
实施例4
（1）在100ml三口烧瓶中加入原料六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)10mmol和40ml乙醇，并搅拌，制得混合溶液；
（2）向上述溶液中加入0.2g/ml聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物（简称P123）水溶液20ml，并加入0.1mg/ml石墨烯水溶液20ml；
（3）加热上述混合溶液至回流，并逐滴加入20ml氨水，反应时间为24h；
（4）反应结束，离心所得到的产物，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤，并干燥。

Claims (6)

1.一种超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法，包括：
(1)将六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)和溶剂混合，搅拌，得混合溶液，其中六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)和溶剂加入量为1-10mmol:40ml；
(2)向上述溶液中加入聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物水溶液，并加入石墨烯水溶液，然后加热至回流，并加入氨水，反应2-24h，离心、洗涤、干燥，得到氢氧化镍和石墨烯复合物，其中三嵌段共聚物水溶液、石墨烯水溶液和氨水的体积比为1-20ml:1-20ml:5-20ml；其中所得的氢氧化镍和石墨烯复合物结构是由超薄纳米片堆积而成。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中溶剂为乙醇。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物水溶液的浓度为0.2g/ml。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中石墨烯水溶液的浓度为0.1mg/ml。
5.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中氨水的加入方式为逐滴加入。
6.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极材料氢氧化镍和石墨烯复合物的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中洗涤为分别用去离子水和乙醇洗涤。
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