CN107523815A - 一种三维多孔泡沫镍及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种三维多孔泡沫镍的制备方法，包括以下步骤：将泡沫镍片在活化液中进行活化，所述活化液包括氯化钯和盐酸的混合液；经活化后的泡沫镍片放入混合溶液中浸泡得到三维多孔泡沫镍，所述混合溶液包括柠檬酸三钠、硫酸镍、硼酸和次亚磷酸钠、2,4,7,9‑四甲基‑5‑癸炔‑4,7‑二醇，十六烷基三甲基溴化铵和三乙醇胺的混合液。本发明的制备方法，相对于模板法、去合金法和电沉积法等工艺更加简单，耗能低，成本低，易规模化生产，制备出的多孔泡沫镍为1‑5微米的贯穿圆形孔。

Description

一种三维多孔泡沫镍及其制备方法
技术领域
本发明属于三维多孔金属制备技术领域，涉及三维泡沫多孔镍金属，具体涉及一种三维多孔泡沫镍及其制备方法。
背景技术
多孔泡沫镍作为卓越的多孔金属材料，三维多孔结构使它孔隙率高，比表面积大，电化学性能优异。多孔泡沫镍目前在电化学领域上有大量运用，例如用多孔泡沫镍为集流体制备超级电容器的电极材料，在可充镍氢电池中将高比表面积的多孔镍用作正极集流体。目前多孔泡沫镍的制备方法主要有去合金法、模板法、电沉积法，聚苯乙烯球或聚甲基丙烯酸甲酯球模板法；模板法制备多孔金属需要制备模板，组装模板、沉积金属和脱模板；去合金法需要先高温形成合金，然后去合金，制备的三维多孔金属主要为狭窄孔，且不贯穿孔，降低了离子传输速率；电沉积法需要消耗大量电能；这些现有技术工艺复杂，且耗能大、成本高、不易规模化生产。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种三维多孔泡沫镍及其制备方法，解决制备工艺复杂，能耗成本高的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种三维多孔泡沫镍的制备方法，包括以下步骤：
将泡沫镍片在活化液中进行活化，所述活化液包括氯化钯和盐酸的混合液；
经活化后的泡沫镍片放入混合溶液中浸泡得到三维多孔泡沫镍，所述混合溶液包括柠檬酸三钠、硫酸镍、硼酸、次亚磷酸钠、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇，十六烷基三甲基溴化铵和三乙醇胺的混合液。
在本发明中，混合溶液的pH为6～12。
所述活化液的制备包括将氯化钯和盐酸分别溶于去离子水中，活化液中氯化钯的质量浓度为0.8g/L，盐酸摩尔浓度为1mol/L。活化时间为5分钟。
所述混合溶液中柠檬酸三钠的质量浓度为5g/L～20g/L，硫酸镍的质量浓度为1g/L～20g/L，硼酸的质量浓度为5g/L～35g/L，次亚磷酸钠的质量浓度为5g/L～30g/L，0.1g/L～10g/L的2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇，0.1g/L～10g/L十六烷基三甲基溴化铵，10g/L～100g/L三乙醇胺。
优选的，浸泡时间为15min～60min。浸泡温度为30℃～60℃。
本发明还提供一种三维多孔泡沫镍，所述三维多孔泡沫镍孔径分布为1-5微米，具有呈圆形贯穿孔。
上述三维多孔泡沫镍在作为电化学储能器件的集流体方面的应用。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
1)本发明的制备方法相对于模板法、去合金法和电沉积法等工艺更加简单，只需活化、浸泡镀镍两步操作，耗能低，成本低，易规模化生产。
2)采用本方法制备出的三维多孔镍随着材料用量的不同，镍孔径在1-5μm左右可调，对锂离子电池和钠离子电池电极材料充放电过程中体积变化具有很好的缓解作用。
3)采用本方法制备出的三维多孔镍具有三维贯穿孔，孔径分布均匀，呈圆形或者近似圆形，孔隙率高，有利于离子快速传输。
4)采用本方法制备出的三维多孔镍可用于锂离子电池、钠离子电池和超级电容器等电化学储能器件的集流体。三维多孔泡沫镍中的三维多孔结构可为离子提供快速传输通道，容纳锂离子电池和钠离子电池电极材料在充放电过程中的体积变化，提高其电化学循环寿命和高倍率容量；同时可增大活性材料与集流体的接触面积，提升锂离子电池、钠离子电池和超级电容器电极材料的功率密度。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
附图说明
图1为三维多孔泡沫镍的SEM图。
图2为实施例1的三维多孔泡沫镍的SEM图。
图3为实施例2的三维多孔泡沫镍的SEM图。
图4为实施例3的三维多孔泡沫镍的SEM图。
图5为实施例4的三维多孔泡沫镍的SEM图。
图6为实施例5的三维多孔泡沫镍的SEM图。
具体实施方式
本方法利用浸泡过程中产生的氢气泡为模板，镍沉积于氢气泡模板空隙中，最后氢气泡溢出获得三维多孔镍(图1)，工艺简单，制得的多孔集流体具有三维贯穿孔，孔径1-5μm左右，孔径分布均匀且孔隙率高。
以下仅以各原料的取值范围中的某个值举例给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，应当理解涵盖以上的取值范围，并且凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种三维多孔泡沫镍的制备方法，按照以下步骤实施，
(1)将泡沫镍片依次在丙酮和盐酸溶液中超声清洗30min，其中盐酸浓度为0.1mol/L，然后在含有0.8g/L氯化钯和1mol/L盐酸的活化溶液中活化5min。
(2)配置混合溶液，其中含5g/L的柠檬酸三钠，1g/L的硫酸镍，5g/L的硼酸，5g/L的次亚磷酸钠，0.1g/L的2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇，0.1g/L十六烷基三甲基溴化铵，10g/L三乙醇胺，采用1mol/L的NaOH溶液调节pH值为6。
(3)经活化后的泡沫镍片放入混合溶液30℃恒温水浴锅中，15分钟后清洗得到多孔泡沫镍。所得多孔泡沫镍孔径为1微米，孔稀疏，见附图2。
将实施例1制备得到的泡沫镍经冷冻干燥处理后，剪成2cm×0.5cm的长条，在其两端粘着银胶，粘上铜线作为电极，再将其嵌入旋涂好的PDMS中，并在上层覆盖一层PDMS，静置抽真空后经干燥保湿即得到简易应变传感器，实验结果显示，应变传感器的导电性能提高。
实施例2：
本实施例给出一种三维多孔泡沫镍的制备方法，步骤同实施例1，不同的是，步骤(2)中混合溶液含10g/L的柠檬酸三钠，5g/L的硫酸镍，10g/L的硼酸，10g/L的次亚磷酸钠，5g/L的2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇，5g/L十六烷基三甲基溴化铵，50g/L三乙醇胺，采用1mol/L的NaOH溶液调节pH值为6。将配制的溶液放入40℃恒温水浴锅中，30分钟，清洗后得到多孔泡沫镍。该多孔泡沫镍的孔径为1微米，孔分布较为均匀，见图3。
实施例3：
本实施例给出一种三维多孔泡沫镍的制备方法，步骤同实施例1，不同的是，步骤(2)中混合溶液含20g/L的柠檬酸三钠，20g/L的硫酸镍，35g/L的硼酸，30g/L的次亚磷酸钠，10g/L的2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇，10g/L十六烷基三甲基溴化铵，100g/L三乙醇胺，采用1mol/L的NaOH溶液调节pH值为6。将配制的溶液放入60℃恒温水浴锅中60分钟，清洗后得到多孔泡沫镍。该多孔泡沫镍的孔径为1-5微米，孔分布不均匀，见附图4。
实施例4：
本实施例给出一种三维多孔泡沫镍的制备方法，步骤同实施例2，不同的是步骤(2)中pH值为9，将配制的溶液放入40℃恒温水浴锅中，30分钟后清洗后得到多孔泡沫镍。该多孔泡沫镍孔径为3微米左右，分布均匀，见附图5。
实施例5：
本实施例给出一种三维多孔泡沫镍的制备方法，步骤同实施例2，不同的是，不同的是步骤(2)中pH值为12，将配制的溶液放入40℃恒温水浴锅中30分钟后清洗后得到多孔泡沫镍。该多孔泡沫镍孔径为5微米，孔内含几百纳米的小孔，见图6。

Claims (9)

1.一种三维多孔泡沫镍的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将泡沫镍片在活化液中进行活化，所述活化液包括氯化钯和盐酸的混合液；
经活化后的泡沫镍片放入混合溶液中浸泡得到三维多孔泡沫镍，所述混合溶液包括柠檬酸三钠、硫酸镍、硼酸、次亚磷酸钠、2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、十六烷基三甲基溴化铵和三乙醇胺的混合液。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述混合溶液pH值为6～12。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述活化液的制备包括将氯化钯和盐酸分别溶于去离子水中，活化液中氯化钯的质量浓度为0.8g/L，盐酸摩尔浓度为1mol/L。
4.如权利要求3所述方法，其特征在于，活化的时间为5分钟。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述混合溶液中柠檬酸三钠的质量浓度为5g/L～100g/L，硫酸镍的质量浓度为1g/L～6g/L，硼酸的质量浓度为5g/L～35g/L，次亚磷酸钠的质量浓度为5g/L～30g/L，2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇的质量浓度为0.1g/L～10g/L，十六烷基三甲基溴化铵的质量浓度为0.1g/L～10g/L，三乙醇胺的质量浓度为10g/L～100g/L。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述浸泡时间为15min～60min。
7.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述浸泡温度为30℃～60℃。
8.一种按照权利要求1所述方法制备的三维多孔泡沫镍，其特征在于：所述三维多孔泡沫镍孔呈圆形贯穿孔，孔径分布为1-5微米。
9.权利要求8所述三维多孔泡沫镍作为电化学储能器件的集流体的应用。
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