CN105575671B - 一种含有多孔氢氧化镍的超级电容器电极材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种含有多孔氢氧化镍的超级电容器电极材料的制备方法。将泡沫镍首先用丙酮除去表面油渍，浸泡在6M的HCl中；(2)将硝酸锌、六次甲基四胺与Ni(NO₃)₂溶解在蒸馏水中，滴加氨水生成絮状沉淀，继续滴加氨水至絮状沉淀溶解完全，转移至反应釜中，加入经处理的泡沫镍反应24小时后，制成泡沫镍载ZnO/Ni(OH)₂复合物纳米片阵列；沫镍载ZnO/Ni(OH)₂复合物纳米片阵列浸泡在氢氧化钾中，取出清洗后干燥，制得含有多孔氢氧化镍的超级电容器电极材料。本发明克服了Ni(OH)₂导电性差，电解液扩散慢等缺点，解决了超级电容器电极材料在大电流放电时很容易出现浓差极化等问题。

Description

一种含有多孔氢氧化镍的超级电容器电极材料的制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种超级电容器电极材料的制备方法，具体地说是一种含有泡沫镍载Ni(OH)₂多孔纳米片阵列电极材料的超级电容器电极材料的制备方法。

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。

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Ni(OH)2是一种重要的过渡金属氧化物电极材料。

Ni(OH)₂的制备方法很多，如微乳液法、沸腾回流法、电化学法和模板法等。这些方法制备的Ni(OH)₂，主要包括α-Ni(OH)₂和β-Ni(OH)₂两种，形貌主要是微球型。这些Ni(OH)₂的导电率低，而且在大电流放电时很容易出现浓差极化，严重地影响了超级电容器的性能。具体可参见文献Jichun Huang,Panpan Xu,Dianxue Cao,Xiaobin Zhou,Sainan Yang,Yiju Li,Guiling Wang.Asymmetric supercapacitors based onβ-Ni(OH)₂ nanosheetsand activated carbon with high energy density.Journal of Power Sources,2014,246:371-376以及Xiaobin Zhou,Dianxue Cao,Jichun Huang,Ke Ye,Sainan Yang,TongLiu,Xinwei Liu,Jinling Yin,Guiling Wang.Capacitance performance ofnanostructuredβ-Ni(OH)₂ with different morphologies grown on nickelfoam.Journal of Electroanalytical Chemistry,2014,720-721:115-120。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服了Ni(OH)₂导电性差、电解液扩散慢等缺点，所得到的超级电容器电极材料在大电流放电时也不容易出现浓差极化的含有多孔氢氧化镍的超级电容器电极材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

将泡沫镍首先用丙酮除去表面油渍，蒸馏水洗净后浸泡在6M的HCl中，最后用蒸馏水洗净，80℃真空干燥；

将0.15～0.20mmol的硝酸锌、0.15～0.20mmol的六次甲基四胺与0.15～0.20mmolNi(NO₃)₂溶解在50mL蒸馏水中，逐滴滴加氨水生成絮状沉淀，继续滴加氨水至絮状沉淀溶解完全，转移至100mL反应釜中，加入预先处理好的泡沫镍，80-90℃，反应24小时后，使泡沫镍表面覆盖一层浅绿色物质，取出后用蒸馏水洗净干燥，即制成泡沫镍载ZnO/Ni(OH)₂复合物纳米片阵列；

沫镍载ZnO/Ni(OH)₂复合物纳米片阵列浸泡在6M氢氧化钾中，2-3天后取出，用蒸馏水清洗后干燥，制得含有多孔氢氧化镍的超级电容器电极材料。

本发明制备了一种含有泡沫镍载Ni(OH)₂多孔纳米片阵列电极材料的超级电容器电极材料，克服了Ni(OH)₂导电性差，电解液扩散慢等缺点，解决了超级电容器电极材料在大电流放电时很容易出现浓差极化等问题。

本发明的特点是：泡沫镍首先用丙酮除去表面油渍，蒸馏水洗净后浸泡在HCl中，一方面出去表面氧化膜，另一方面利用HCl对泡沫镍进行刻蚀，使其表面粗糙，便于生长活性物质；在水热过程中由于ZnO和Ni(OH)₂共同生长，使泡沫镍表面覆盖一层浅绿色物质，将电极用蒸馏水洗净干燥，即制成泡沫镍载ZnO/Ni(OH)₂复合物纳米片阵列。由于ZnO为两性氢氧化物，化学稳定性极差，故将上述材料浸泡在6M氢氧化钾中，目的是将ZnO/Ni(OH)₂复合物纳米片阵列中的ZnO溶解，待2-3天后，将电极取出，用蒸馏水清洗多次后干燥，最终制得泡沫镍载Ni(OH)₂多孔纳米片阵列电极材料。

本发明以泡沫镍载Ni(OH)₂多孔纳米片阵列电极材料为工作电极，对电极为铂电极，采用饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，以6mol·L^-1的KOH为电解液，组装泡沫镍载Ni(OH)₂多孔纳米片阵列电极体系，在0～0.5V电压范围内进行充放电，即可获得超级电化学电容容量。

本发明的实质是采用超级电容器的电极结构，以泡沫镍载Ni(OH)₂多孔纳米片阵列电极材料取代炭和传统Ni(OH)₂等作为超级电容器的电极材料，在碱性电解液中进行充放电，构成超级电容器的电极，获得超级电化学电容容量。

本发明的优点在于这种三维立体结构的泡沫镍载Ni(OH)₂多孔纳米片阵列上有纳米至微米级的孔道，可以使活性物质充分与电解液接触；泡沫镍载氢氧化镍能改变氢氧化镍的结构，有效地增加了电子和离子电荷的传递速度，克服了Ni(OH)₂导电性差的缺点。泡沫镍载硫化镉纳米片阵列电极材料不仅循环稳定性好，比容量高，而且大倍率充放电性能好。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述。

泡沫镍首先用丙酮除去表面油渍，蒸馏水洗净后浸泡在6M的HCl中，一方面出去表面氧化膜，另一方面利用HCl对泡沫镍进行刻蚀，使其表面粗糙，便于生长活性物质,最后用蒸馏水洗净，80℃真空干燥，备用。将0.15～0.20mmol的硝酸锌，0.15～0.20mmol的六次甲基四胺与0.15～0.20mmol Ni(NO₃)₂溶解在50mL蒸馏水中，搅拌使其溶液澄清，此时溶液为浅绿色，随后逐滴滴加氨水，溶液生成絮状沉淀，且溶液颜色变深，继续滴加氨水，絮状沉淀开始溶解，至沉淀溶解完全，停止滴加氨水，此时溶液为宝蓝色。将溶液转移至100mL反应釜中，加入预先处理好的泡沫镍，80-90℃，反应24小时后，将泡沫镍取出，在水热过程中由于ZnO和Ni(OH)₂共同生长，使泡沫镍表面覆盖一层浅绿色物质，将电极用蒸馏水洗净干燥，即制成泡沫镍载ZnO/Ni(OH)₂复合物纳米片阵列。由于ZnO为两性氢氧化物，化学稳定性极差，故将上述材料浸泡在6M氢氧化钾中，目的是将ZnO/Ni(OH)₂复合物纳米片阵列中的ZnO溶解，待2-3天后，将电极取出，用蒸馏水清洗多次后干燥，最终制得泡沫镍载Ni(OH)₂多孔纳米片阵列电极材料。

应用实例1

直接以泡沫镍载Ni(OH)₂多孔纳米片阵列电极材料为工作电极，对电极为铂电极，采用饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，以6mol·L-1的KOH为电解液，组装泡沫镍载Ni(OH)2多孔纳米片阵列电极体系，在0～0.5V电压范围内进行充放电，在0～0.5V电压范围内，以5A·g-1的电流密度获得1500F·g-1的容量。

应用实例2

以泡沫镍载Ni(OH)₂多孔纳米片阵列电极材料为正极材料，以活性炭为负极材料；以6mol·L-1的KOH作为电解液，在2A·g-1的电流密度能量密度达到35Wh·kg-1功率密度为200W·kg-1，循环10000次容量保持98％。

Claims (2)

1.一种含有多孔氢氧化镍的超级电容器电极材料的制备方法，其特征是：

将0.15～0.20mmol的硝酸锌、0.15～0.20mmol的六次甲基四胺与0.15～0.20mmol Ni(NO₃)₂溶解在50mL蒸馏水中，逐滴滴加氨水生成絮状沉淀，继续滴加氨水至絮状沉淀溶解完全，转移至反应釜中，加入泡沫镍，80-90℃，反应24小时后，使泡沫镍表面覆盖一层浅绿色物质，取出后用蒸馏水洗净干燥，即制成泡沫镍载ZnO/Ni(OH)₂复合物纳米片阵列；所述泡沫镍首先用丙酮除去表面油渍，蒸馏水洗净后浸泡在HCl中去表面氧化膜及进行刻蚀使其表面粗糙；

泡沫镍载ZnO/Ni(OH)₂复合物纳米片阵列浸泡在6M氢氧化钾中，2-3天后取出，用蒸馏水清洗后干燥，制得含有多孔氢氧化镍的超级电容器电极材料。

2.根据权利要求1所述的含有多孔氢氧化镍的超级电容器电极材料的制备方法，其特征是所述的泡沫镍是经过预处理的泡沫镍，预处理方法为：将泡沫镍首先用丙酮除去表面油渍，蒸馏水洗净后浸泡在6M的HCl中，最后用蒸馏水洗净，80℃真空干燥。