CN108109851A - 一种超级电容、其电极及其活性材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超级电容、其电极及其活性材料的制备方法，该方法包括如下步骤：S1、将铜片依次置于盐酸和去离子水中；S2、将所述铜片浸泡于NaOH和(NH4)2S2O8的混合溶液中，直至所述铜片的颜色由橙色变为蓝色；S3、取出所述铜片，用水和乙醇清洗所述铜片；S4、干燥所述铜片，得到生长于所述铜片表面的管状氢氧化铜活性材料。本发明促进了电极可逆的氧化还原反应，实现电极的快速充放电，避免了传统粉末材料加入粘结剂后无效面积增多且容易脱落和导热导电性差的问题，获得较好的循环性。同时，本发明方法简单、成本低、无污染、耗能低、适于大量生产。
Description
技术领域
本发明涉超级电容，尤其涉及一种超级电容、其电极及其活性材料的制备方法。
背景技术
超级电容器，作为储能设备的中最有前景的一种，由于其高的能量密度、快的充和好的循环稳定性广泛应用于混合电动汽车、便携式电子设备、能源系统中。超级电容器可分为无法拉第效应的双电层超级电容器和基于电荷存储机理的法拉第赝电容超级电容器。超级电容器由于电荷在电解液和活性物质界面间快速的电子传输速率和可逆的电荷转移效率，具有比电池高的功率密度和一般电容器高的能量密度。
目前过渡金属元素的氧化物和金属氢氧化物纳米材料，如Ni、Co、Mn、Fe等，由于其廉价、低污染、大量存在和高比电容的优势广泛用于超级电容器。目前大部分材料都以粉末形式存在，需要和粘结剂混合在一起涂覆在电极上，加重了整个电极的负担，容易导致无效的活性面积，容易脱落且增加内阻，存在导电率低、循环寿命差的弱点。
考虑到超级电容器电极活性材料需要相对高的电导率和电化学活性，一维纳米结构材料可在其纵向获得高的电子传输速率，然而大部分纳米材料为实心材料，其活性位点较少，氧化还原反应速率较慢，这大大降低了电极的活性。
超级电容器的高导电、稳定性和电化学活性是实现快速充放电、高能量密度和长循环寿命的重要部分。传统材料一般需要和粘结剂混合在一起涂覆在电极上，加重了整个电极的负担，容易导致无效的活性面积，容易脱落且增加内阻，存在导电率低、导热性差、循环寿命差的弱点。且考虑到超级电容器电极活性材料需要相对高的电导率和电化学活性，一维纳米结构材料可在其纵向获得高的电子传输速率，然而大部分纳米材料为实心材料，其活性位点较少，氧化还原反应速率较慢。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种具有高导热导电性、较高稳定性、较大能量密度和快速充放电性能的管状氢氧化铜活性材料，以及其附着的铜片。
一种管状氢氧化铜活性材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铜片依次置于盐酸和去离子水中；
S2、将所述铜片浸泡于NaOH和(NH4)2S2O8的混合溶液中，直至所述铜片的颜色由橙色变为蓝色；
S3、取出所述铜片，用水和乙醇清洗所述铜片；
S4、干燥所述铜片，得到生长于所述铜片表面的管状氢氧化铜活性材料。
优选地，所述铜片的厚度为0.1mm～0.3mm。
优选地，所述铜片的面积为2cm×2cm。
优选地，在步骤S1中，所述铜片置于所述盐酸的时长为5min～10min。
优选地，在步骤S1中，所述铜片置于所述去离子水中的时长为5min～10min。
优选地，在步骤S2中，所述铜片浸泡于所述混合溶液中的时长为5min～40min。
优选地，所述NaOH的浓度为0.1mol/mL～2mol/mL。
优选地，所述(NH4)2S2O8的浓度为0.1mol/mL～0.2mol/mL。
本发明还提供了一种超级电容器的电极，采用任一所述的制备方法获得的包含管状氢氧化铜活性材料的所述铜片。
本发明还提供了一种超级电容，采用所述的电极。
有益效果：
在本发明中，直接在铜片上生长管状氢氧化铜活性材料，由于金属铜基底的高导电高导热性，减少了界面内阻，增大了活性面积以承载更多的电子，加速氧化还原反应速率，促进了电极可逆的氧化还原反应，实现电极的快速充放电，避免了传统粉末材料加入粘结剂后无效面积增多且容易脱落和导热导电性差的问题，获得较好的循环性。
另外，一维多孔的管状管状氢氧化铜活性材料具有大的活性表面积和高的孔隙率，有效地增加了活性材料的反应面积和活性位点，具有高比容量，加快了电子传输速率，实现电极材料高效率的充放电。这种一维多孔管状的氢氧化铜材料与铜形成的集成电极结合作为赝电容超级电容器电极材料，使得该电极材料具有较高的能量密度、循环稳定性、以及增加了导电导热性和机械性能。
同时，本发明方法简单、成本低、无污染、耗能低、适于大量生产。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为实施例1得到的氢氧化铜管SEM图；
图2为实施例1得到的在5mA·cm-2条件下，循环1000圈充放电后的循环稳定性图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种管状氢氧化铜活性材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
S1、选一块0.1mm厚，大小为2cm×2cm铜片。
S2、将这块铜片依次置于稀盐酸和去离子水中进行浸泡，从而将铜片的表面清洗干净。
S3、再将洗干净的铜片在室温下浸泡于20mL的NaOH(浓度为1mol/mL)和(NH4)2S2O8(浓度为0.5mol/mL)的混合溶液中，浸泡5min，直至铜片的颜色由橙色变为蓝色。
S4、取出铜片，用水和乙醇清洗几次。
S5、将该铜片置于真空干燥箱中进行干燥，从而得到生长于所述铜片表面的管状氢氧化铜活性材料，该管状氢氧化铜活性材料可直接作为赝电容集成电极材料，并用于超级电容器电极。
如图1所示，是本实施例1得到的管状氢氧化铜活性材料的SEM图，可看出，管状氢氧化铜活性材料的形貌良好。
如图2所示，是利用本实施例1得到的管状氢氧化铜活性材料制备得到的超级电容的电极的循环稳定性图，可看出这种电极材料具有较高的稳定性。具体而言，这种电极材料，具有高的比容量，达到约500mF·cm-2，具有较高稳定性，在5mA·cm-2条件下，循环1000圈充放电后仍有93％的容量保持率。这种氢氧化铜管材料作为赝电容超级电容器集成电极材料具有高的反应活性和优异的超级电容器性能。
实施例2
一种管状氢氧化铜活性材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
S1、选一块0.2mm厚，大小为2cm×2cm铜片。
S2、将这块铜片依次置于稀盐酸和去离子水中进行浸泡。
S3、再将洗干净的铜片在室温下浸泡于20mL的NaOH(浓度为0.5mol/mL)和(NH4)2S2O8(浓度为0.5mol/mL)的混合溶液中；浸泡5min，直至铜片的颜色由橙色变为蓝色。
S4、取出铜片，用水和乙醇清洗几次。
S5、将该铜片置于真空干燥箱中进行干燥，从而得到生长于所述铜片表面的管状氢氧化铜活性材料，该管状氢氧化铜活性材料可直接作为赝电容集成电极材料，并用于超级电容器电极。
实施例3
一种管状氢氧化铜活性材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤。
S1、选一块0.2mm厚，大小为2cm×2cm铜片。
S2、将这块铜片依次置于稀盐酸和去离子水中进行浸泡。
S3、再将洗干净的铜片在室温下浸泡于20mL的NaOH(浓度为0.5mol/mL)和(NH4)2S2O8(浓度为0.5mol/mL)的混合溶液中，浸泡10min，直至铜片的颜色由橙色变为蓝色。
S4、取出铜片，用水和乙醇清洗几次。
S5、将该铜片置于真空干燥箱中进行干燥，从而得到生长于所述铜片表面的管状氢氧化铜活性材料，该管状氢氧化铜活性材料可直接作为赝电容集成电极材料，并用于超级电容器电极。
实施例4
一种管状氢氧化铜活性材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
S1、选一块0.2mm厚，大小为2cm×2cm铜片。
S2、将这块铜片依次置于稀盐酸和去离子水中进行浸泡。
S3、再将洗干净的铜片在室温下浸泡于20mL的NaOH(浓度为0.5mol/mL)和0.5mol的(NH4)2S2O8(浓度为0.5mol/mL)的混合溶液中，浸泡40min，直至铜片的颜色由橙色变为蓝色。
S4、取出铜片，用水和乙醇清洗几次。
S5、将铜片置于真空干燥箱中进行干燥，从而得到生长于所述铜片表面的管状氢氧化铜活性材料，该管状氢氧化铜活性材料可直接作为赝电容集成电极材料，并用于超级电容器电极。
实施例5
一种管状氢氧化铜活性材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤。
S1、选一块0.2mm厚，大小为2cm×2cm铜片。
S2、将这块铜片依次置于稀盐酸和去离子水中进行浸泡。
S3、再将洗干净的铜片在室温下浸泡于20mL的NaOH(浓度为2mol/mL)和(NH4)2S2O8(浓度为0.5mol/mL)的混合溶液中，浸泡10min，直至铜片的颜色由橙色变为蓝色。
S4、取出铜片，用水和乙醇清洗几次。
S5、将铜片置于真空干燥箱中进行干燥，从而得到生长于所述铜片表面的管状氢氧化铜活性材料，该管状氢氧化铜活性材料可直接作为赝电容集成电极材料，并用于超级电容器电极。
Claims (10)
1.一种管状氢氧化铜活性材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
S1、将铜片依次置于盐酸和去离子水中；
S2、将所述铜片浸泡于NaOH和(NH4)2S2O8的混合溶液中，直至所述铜片的颜色由橙色变为蓝色；
S3、取出所述铜片，用水和乙醇清洗所述铜片；
S4、干燥所述铜片，得到生长于所述铜片表面的管状氢氧化铜活性材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述铜片的厚度为0.1mm～0.3mm。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述铜片的面积为2cm×2cm。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，在步骤S1中，所述铜片置于所述盐酸的时长为5min～10min。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，在步骤S1中，所述铜片置于所述去离子水中的时长为5min～10min。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，在步骤S2中，所述铜片浸泡于所述混合溶液中的时长为5min～40min。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述NaOH的浓度为0.1mol/mL～2mol/mL。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述(NH4)2S2O8的浓度为0.1mol/mL～0.2mol/mL。
9.一种超级电容器的电极，其特征是，采用如权利要求1-8任一所述的制备方法获得的包含管状氢氧化铜活性材料的所述铜片。
10.一种超级电容，其特征是，采用如权利要求9所述的电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180601 |
|
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