CN109686585A - 一种基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器及其制备方法 - Google Patents
一种基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109686585A CN109686585A CN201811573316.4A CN201811573316A CN109686585A CN 109686585 A CN109686585 A CN 109686585A CN 201811573316 A CN201811573316 A CN 201811573316A CN 109686585 A CN109686585 A CN 109686585A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rgo
- ldh
- nico
- preparation
- water system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 44
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 30
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 26
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 20
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 14
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 10
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 claims description 9
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 5
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 5
- 229910021580 Cobalt(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 2
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 13
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- QXZUUHYBWMWJHK-UHFFFAOYSA-N [Co].[Ni] Chemical compound [Co].[Ni] QXZUUHYBWMWJHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 3
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 description 3
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- 206010054949 Metaplasia Diseases 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- NVIVJPRCKQTWLY-UHFFFAOYSA-N cobalt nickel Chemical compound [Co][Ni][Co] NVIVJPRCKQTWLY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015689 metaplastic ossification Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- AMDUMQZTBRMNMG-UHFFFAOYSA-N nickel nitric acid Chemical compound [Ni].O[N+]([O-])=O AMDUMQZTBRMNMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/46—Metal oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/54—Electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于NiCo‑LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器及其制备方法，将氧化石墨烯超声分散于甲醇溶液中，钴盐、镍盐溶解在氧化石墨烯的溶液中，进行水热反应，水热反应的温度为120～180℃，反应时间为12～16h，反应后离心分离得到产物A，真空干燥得到NiCo‑LDH/rGO复合材料。NiCo‑LDH/rGO复合材料为正极材料，rGO为负极材料得到水系非对称超级电容器。NiCo‑LDH/rGO复合材料在2A/g的电流密度下，电容为2130F/g。电容器的工作电压可达1.6V，比电容可达100F/g，能量密度可达35.5Wh/kg，循环2000次后容量衰减24.5％。
Description
技术领域
本发明属于电容器制备技术领域，具体涉及一种基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器及其制备方法。
背景技术
超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的电源，具有功率密度高、放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优势。因此，可以广泛应用于辅助峰值功率、备用电源、存储再生能量、替代电源等不同的应用场景，在工业控制、电力、交通运输、智能仪表、消费型电子产品、国防、通信、新能源汽车等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力。
水系超级电容器具有环境友好、不易燃烧、安全性高等优点，是目前超级电容器研究的主要方向。但是由于水的分解电位窗口为1.23V，水溶液超级电容器的工作电压通常低于1.2V。为了提高水溶液超级电容器的工作电压，通过组装成非对称超级电容器可以提高工作电压，并且能够增大电容器的能量密度，因此组装新型水系非对称超级电容器备受关注。
目前商用的超级电容器以具有高比表面积的碳材料为主，这种材料主要基于双电层原理储存电荷，具有极高的循环寿命，但是电容量和能量密度相对较低，距离实际的要求还有一定的距离。因此如何提高电极材料的容量是目前超级电容器的一个关键问题。
赝电容电极材料其工作原理是基于通过电解液中离子在电极活性物质中发生快速可逆的氧化还原反应而将电荷储存，其理论容量比基于双电层原理的碳材料要高得多。层状双氢氧化物(LDH)因其具有特殊的层状结构，利于通过氧化还原反应来储存电荷，可以用来作为超级电容器的电极材料。事实证明，LDH在电化学的应用上有很好前景，但较低的电导率和电化学稳定性使其应用受到限制。石墨烯具有良好的电导率和电化学稳定性，因此将LDH与石墨烯复合是能够提高LDH的电化学性能。目前，LDH在石墨烯表面的制备主要采用氧化石墨烯,添加两种金属离子和沉积剂进行化学沉积并进行晶化生长成层状氢氧化物。但是该种制备方法复杂，制备的LDH在石墨烯表面分布不均匀。
专利201710221486.5，一种钴镍双金属氧化物和石墨烯制备超级电容器电极材料的方法，记载了一种镍钴双金属氧化物和石墨烯的复合材料，镍钴双金属氧化物片和石墨烯片的堆叠结构，容量最高为1348F/g。但是电流密度越高，材料的电容会出现衰减。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种基于NiCo-LDH/rGO复合材料的制备方法。合成的镍钴-层状氢氧化物/还原石墨烯(NiCo-LDH/rGo)/石墨烯复合材料比容量高，稳定性好。该方法所需设备简单，工序简单，绿色环保，易实现规模化生产。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种基于NiCo-LDH/rGO复合材料的制备方法，具体步骤为：
将氧化石墨烯超声分散于甲醇溶液中，钴盐、镍盐溶解在氧化石墨烯的溶液中，进行水热反应，水热反应的温度为120～180℃，反应时间为12～16h，反应后离心分离得到产物A，将产物A真空干燥得到NiCo-LDH/rGO复合材料。
本申请通过钴盐、镍盐在一定条件下的水热反应，制备得到NiCo-LDH垂直生长在石墨烯表面，构成分层体系结构的NiCo-LDH/rGO复合材料，这种特殊的结构提高了NiCo-LDH/rGO复合材料的容量。
优选的，所述钴盐为Co(NO3)2·6H2O或CoCl2·6H2O，镍盐为Ni(NO3)2·6H2O或NiCl2·6H2O。
优选的，所述钴盐、镍盐、氧化石墨烯的摩尔比为1:(0.5～2)。
摩尔比影响得到的复合材料比电容。
优选的，所述钴盐的摩尔质量为0.5～1.0mmol，镍盐的摩尔质量为0.5～1.0mmol。
优选的，水热反应的温度为140-180℃。
优选的，水热反应的时间为13～15h。
优选的，真空干燥的温度为60～80℃。
上述制备方法制备得到的NiCo-LDH/rGO复合材料。
所述NiCo-LDH/rGO复合材料中NiCo-LDH垂直生长在石墨烯表面，构成分层体系结构。
NiCo-LDH/rGO复合材料在2A/g的电流密度下，电容为2130F/g。
本发明的第二个目的是提供一种基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器的制备方法。
一种基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器的制备方法，具体步骤为：
1)利用上述制备方法得到NiCo-LDH/rGO复合材料；
2)rGO的制备
以氧化石墨烯、尿素为原料溶解在甲醇中进行水热反应，离心分离得到产物B，将产物B进行真空干燥得到rGO；
3)电极的制备
以NiCo-LDH/rGO复合材料为正极材料，rGO为负极材料，将NiCo-LDH/rGO复合材料、rGO分别与乙炔黑和聚四氟乙烯混合，并分别加入N-甲基吡咯烷酮，分别涂覆在泡沫镍上，进行真空干燥，得到正极和负极；
4)组装水系非对称超级电容器
以水系电解质溶液为电解液，步骤3)得到的正极、负极和隔膜进行组装，得到基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器。
上述制备方法制备得到的水系非对称超级电容器。
所述水系非对称超级电容器的工作电压可达1.6V，比电容可达100F/g，能量密度可达35.5Wh/kg，循环2000次后容量衰减24.5％，具有接近100％的库伦效率。
优选的，步骤1)中水热反应的温度为120～180℃；优选为140-180℃。
优选的，步骤1)中水热反应的时间为12～24h；优选为18～20h。
优选的，步骤1)中真空干燥的温度为60～80℃。
优选的，步骤2)中正极材料、负极材料与乙炔黑和聚四氟乙烯的质量比分别为7-9:1:1。
优选的，步骤2)中真空干燥的温度为80～120℃。
优选的，步骤3)中水系电解质溶液为KOH溶液或NaOH溶液。
进一步优选的，所述水系电解质溶液的浓度为3～6mol/L。
本申请制备的水系非对称超级电容器，由于正极材料较高的容量，对整个电容器的比电容的提高起到的重大的作用，正极材料的容量越高，电容器的比电容就越大。
上述制备方法得到的基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器。
上述水系非对称超级电容器在电子产品、国防和通信领域中的应用。
本发明的有益效果：
(1)本发明将rGO作为基体材料负载LDH制备复合材料，NiCo-LDH纳米片在石墨烯上垂直生长，有利于提高材料的导电性，增大了与电解液接触的面积，提高了材料的比容量，且制备过程简单。
(2)本申请选择石墨烯作为负极材料，石墨烯具有容量高，循环稳定性好，是一种优异的超级电容器负极材料。
(3)本发明制备的基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器工作电压高达1.6V，能量密度可达35.5Wh/kg。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为实施例1中NiCo-LDH/rGO复合材料的高倍扫描电镜图；
图2为实施例1中NiCo-LDH/rGO复合材料的投射电镜图；
图3为实施例1中rGO扫描电镜图；
图4为实施例1中NiCo-LDH/rGO复合材料在不同电流密度下的充放电曲线图；
图5为实施例1中rGO在不同电流密度下的充放电曲线图；
图6为实施例1中基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器在不同电流密度下的充放电曲线图；
图7为实施例1中基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器的能量-功率密度图；
图8为实施例1中基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器的循环性能图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
(1)NiCo-LDH/rGO复合材料的制备及表征：将20mg氧化石墨烯超声分散于40mL甲醇溶液中，将0.5mmol硝酸钴和1.0mmol硝酸镍溶解在上述溶液中，搅拌30分钟后，将溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜中，在180℃反应12h。反应结束后，待冷却至室温，离心分离收集产物，60℃真空干燥，得到NiCo-LDH/rGO复合材料。其结构如图1、2所示。其中图1为高倍扫描电镜图，图2为投射电镜图，如图所示片状的NiCo-LDH垂直生长在石墨烯表面，构成分层体系结构。
(2)rGO的制备及表征：以氧化石墨烯，尿素为原料，以甲醇为溶剂，将20mg氧化石墨烯超声分散于40mL甲醇溶液中，将溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜中，在180℃反应12h。反应结束后，待冷却至室温，离心分离收集产物，60℃真空干燥，得到rGO，其结构如图3所示。
电化学测试
采用三电极体系在KOH溶液中进行，铂片作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极,测正极材料时,NiCo-LDH/rGO复合材料电极极片作为工作电极；测负极材料时,rGO电极极片作为工作电极。
(3)NiCo-LDH/rGO复合材料正极的制备及性能表征：将NiCo-LDH/rGO复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯按质量比为8:1:1混合,加入少量N-甲基吡咯烷酮使三者充分混合,制成浆状,均匀涂抹在切好的泡沫镍上，然后在真空干燥箱中120℃真空干燥,得到正极极片。图4为(1)中NiCo-LDH/rGO复合材料电极的充放电曲线图，在2A/g的电流密度下，其容量为2130F/g。
(4)rGO负极的制备和性能表征：将rGO、乙炔黑和聚四氟乙烯按质量比为8:1:1混合,加入少量N-甲基吡咯烷酮使三者充分混合,制成浆状,均匀涂抹在切好的泡沫镍上，然后在真空干燥箱中120℃真空干燥,得到负极。其性能如图5所示，在2A/g的电流密度下，其容量为168F/g。
(5)以溶度为3mol/L的KOH溶液为电解液，将上述正极、负极和隔膜进行组装，得到水系非对称超级电容器。如图6-8所示，该非对称超级电容器的工作电压可达1.6V，比电容可达100F/g，能量密度可达35.5Wh/kg，循环2000次后容量衰减24.5％，具有接近100％的库伦效率。
实施例2
(1)NiCo-LDH/rGO复合材料的制备：
将20mg氧化石墨烯超声分散于40mL甲醇溶液中，将1.0mmol硝酸钴和0.5mmol硝酸镍溶解在上述溶液中，搅拌30分钟后，将溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜中，在180℃反应12h。反应结束后，待冷却至室温，离心分离收集产物，60℃真空干燥，得到NiCo-LDH/rGO复合材料。
(2)rGO的制备：
以氧化石墨烯，尿素为原料，以甲醇为溶剂，将20mg氧化石墨烯超声分散于40mL甲醇溶液中，将溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜中，在180℃反应12h。反应结束后，待冷却至室温，离心分离收集产物，60℃真空干燥，得到rGO。
(3)NiCo-LDH/rGO复合材料正极的制备及性能表征：
将NiCo-LDH/rGO复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯按质量比为8:1:1混合,加入少量N-甲基吡咯烷酮使三者充分混合,制成浆状,均匀涂抹在切好的泡沫镍上，然后在真空干燥箱中120℃真空干燥,得到正极极片。
电化学测试
采用三电极体系在KOH溶液中进行，铂片作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极,测正极材料时,NiCo-LDH/rGO复合材料电极极片作为工作电极；测负极材料时,rGO电极极片作为工作电极。
NiCo-LDH/rGO复合材料电极的充放电曲线图，在2A/g的电流密度下，其容量为1573F/g。
(4)rGO负极的制备
将rGO、乙炔黑和聚四氟乙烯按质量比为8:1:1混合,加入少量N-甲基吡咯烷酮使三者充分混合,制成浆状,均匀涂抹在切好的泡沫镍上，然后在真空干燥箱中120℃真空干燥,得到负极。
(5)以溶度为3mol/L的KOH溶液为电解液，将上述正极、负极和隔膜进行组装，得到水系非对称超级电容器。该非对称超级电容器的工作电压可达1.6V，比电容可达55F/g，能量密度可达20Wh/kg，循环2000次后容量衰减27.5％，具有接近100％的库伦效率。
实施例3
(1)NiCo-LDH/rGO复合材料的制备：
将20mg氧化石墨烯超声分散于40mL甲醇溶液中，将0.75mmol硝酸钴和硝酸镍溶解在上述溶液中，搅拌30分钟后，将溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜中，在180℃反应12h。反应结束后，待冷却至室温，离心分离收集产物，60℃真空干燥，得到NiCo-LDH/rGO复合材料。
(2)rGO的制备：
以氧化石墨烯，尿素为原料，以甲醇为溶剂，将20mg氧化石墨烯超声分散于40mL甲醇溶液中，将溶液转移至100mL聚四氟乙烯反应釜中，在180℃反应12h。反应结束后，待冷却至室温，离心分离收集产物，60℃真空干燥，得到rGO。
(3)NiCo-LDH/rGO复合材料正极的制备及性能表征：
将NiCo-LDH/rGO复合材料、乙炔黑和聚四氟乙烯按质量比为8:1:1混合,加入少量N-甲基吡咯烷酮使三者充分混合,制成浆状,均匀涂抹在切好的泡沫镍上，然后在真空干燥箱中120℃真空干燥,得到正极极片。
电化学测试
采用三电极体系在KOH溶液中进行，铂片作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极,测正极材料时,NiCo-LDH/rGO复合材料电极极片作为工作电极；测负极材料时,rGO电极极片作为工作电极。
NiCo-LDH/rGO复合材料电极的充放电曲线图，在2A/g的电流密度下，其容量为1863F/g。
(4)rGO负极的制备
将rGO、乙炔黑和聚四氟乙烯按质量比为8:1:1混合,加入少量N-甲基吡咯烷酮使三者充分混合,制成浆状,均匀涂抹在切好的泡沫镍上，然后在真空干燥箱中120℃真空干燥,得到负极。
(5)以溶度为3mol/L的KOH溶液为电解液，将上述正极、负极和隔膜进行组装，得到水系非对称超级电容器。该非对称超级电容器的工作电压可达1.6V，比电容可达78F/g，能量密度可达27.7Wh/kg，循环2000次后容量衰减26.7％，具有接近100％的库伦效率。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于NiCo-LDH/rGO复合材料的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
将氧化石墨烯超声分散于甲醇溶液中，钴盐、镍盐溶解在氧化石墨烯的溶液中，进行水热反应，水热反应的温度为120～180℃，反应时间为12～16h，反应后离心分离得到产物A，将产物A真空干燥得到NiCo-LDH/rGO复合材料；
优选的，所述钴盐为Co(NO3)2·6H2O或CoCl2·6H2O，镍盐为Ni(NO3)2·6H2O或NiCl2·6H2O。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钴盐、镍盐、氧化石墨烯的摩尔比为1:(0.5～2)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：水热反应的温度为140-180℃；水热反应的时间为13～15h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钴盐和镍盐的摩尔数之和为1～1.5mmol；真空干燥的温度为60～80℃。
5.权利要求1-4任一项制备方法制备得到的NiCo-LDH/rGO复合材料。
6.一种基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
1)rGO的制备
以氧化石墨烯、尿素为原料溶解在甲醇中进行水热反应，离心分离得到产物B，将产物B进行真空干燥得到rGO；
2)电极的制备
以权利要求5所述的NiCo-LDH/rGO复合材料为正极材料，rGO为负极材料，将NiCo-LDH/rGO复合材料、rGO分别与乙炔黑和聚四氟乙烯混合，并分别加入N-甲基吡咯烷酮，分别涂覆在泡沫镍上，进行真空干燥，得到正极和负极；
4)组装水系非对称超级电容器
以水系电解质溶液为电解液，步骤3)得到的正极、负极和隔膜进行组装，得到基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器；
优选的，步骤3)中水系电解质溶液为KOH溶液或NaOH溶液。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中水热反应的温度为120～180℃；优选为140-180℃；
步骤2)中水热反应的时间为12～24h；优选为18～20h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中正极材料、负极材料与乙炔黑和聚四氟乙烯的质量比为7-9:1:1；步骤2)中真空干燥的温度为80～120℃。
9.权利要求6-8任一项所述的制备方法制备得到的水系非对称超级电容器。
10.权利要求9所述的水系非对称超级电容器在电子产品、国防和通信领域中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811573316.4A CN109686585A (zh) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | 一种基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811573316.4A CN109686585A (zh) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | 一种基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109686585A true CN109686585A (zh) | 2019-04-26 |
Family
ID=66188727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811573316.4A Pending CN109686585A (zh) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | 一种基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109686585A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110124687A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-16 | 北京化工大学 | 一种钌掺杂的LDH/rGO复合材料的制备方法及其在析氢反应上的应用 |
| CN113192761A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-30 | 东南大学 | 一种无碱剂制备镍钴双金属氢氧化物@石墨烯@泡沫镍复合材料的方法 |
| CN113582250A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-02 | 新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院 | 层状结构钴酸镍-含氮石墨烯复合材料的制备方法及其在超级电容器中的应用与测试方法 |
| CN113809325A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-17 | 常州大学 | 基于电活性共价有机框架聚合物的碱性水系二次电池及应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103887076A (zh) * | 2014-01-21 | 2014-06-25 | 华侨大学 | 一种水系非对称超级电容器及其制备方法 |
| CN104465124A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-03-25 | 中南大学 | 一种基于NiCo2O4基复合材料的水系不对称型超级电容器 |
| CN107086131A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-08-22 | 南昌航空大学 | 基于NiS/N‑rGO与N‑rGO的水系非对称超级电容器 |
-
2018
- 2018-12-21 CN CN201811573316.4A patent/CN109686585A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103887076A (zh) * | 2014-01-21 | 2014-06-25 | 华侨大学 | 一种水系非对称超级电容器及其制备方法 |
| CN104465124A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-03-25 | 中南大学 | 一种基于NiCo2O4基复合材料的水系不对称型超级电容器 |
| CN107086131A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-08-22 | 南昌航空大学 | 基于NiS/N‑rGO与N‑rGO的水系非对称超级电容器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XIAOQING CAI等: "Solvothermal synthesis of NiCo-layered double hydroxide nanosheets decorated on RGO sheets for high performance supercapacitor", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110124687A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-16 | 北京化工大学 | 一种钌掺杂的LDH/rGO复合材料的制备方法及其在析氢反应上的应用 |
| CN113192761A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-30 | 东南大学 | 一种无碱剂制备镍钴双金属氢氧化物@石墨烯@泡沫镍复合材料的方法 |
| CN113192761B (zh) * | 2021-04-16 | 2022-04-26 | 东南大学 | 一种无碱剂制备镍钴双金属氢氧化物@石墨烯@泡沫镍复合材料的方法 |
| CN113582250A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-02 | 新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院 | 层状结构钴酸镍-含氮石墨烯复合材料的制备方法及其在超级电容器中的应用与测试方法 |
| CN113582250B (zh) * | 2021-07-27 | 2023-01-31 | 新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院 | 层状结构钴酸镍-含氮石墨烯复合材料的制备方法及其在超级电容器中的应用与测试方法 |
| CN113809325A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-17 | 常州大学 | 基于电活性共价有机框架聚合物的碱性水系二次电池及应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108735522B (zh) | 一种CoNiO2/MXene复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN105552282B (zh) | 基于功能性碳纤维布作为正极阻挡层的锂硫电池 | |
| CN109686585A (zh) | 一种基于NiCo-LDH/rGO和rGO的水系非对称超级电容器及其制备方法 | |
| CN106057477B (zh) | 一种水系可充钠离子电容电池及其制备方法 | |
| CN105789584A (zh) | 一种硒化钴/碳钠离子电池复合负极材料及其制备方法与应用 | |
| CN110299516A (zh) | 碳纳米管阵列负载钛酸锂柔性电极材料的制备方法 | |
| CN108390033A (zh) | 一种制备钠离子电池负极材料碳包覆锑纳米管材料的制备方法及其应用 | |
| CN109994322A (zh) | 一种电池型超级电容器及其用途 | |
| CN110335764B (zh) | 一种高效构筑钠离子电容器的预钠化方法 | |
| CN109273694A (zh) | 一种石墨烯/氧化亚锡二维异质结复合材料及其制备方法 | |
| CN107045948B (zh) | NaxMnO2正极材料、制备方法及其应用 | |
| CN110010373B (zh) | 一种电极嵌锌处理方法及其在电池型超级电容器制备中的应用 | |
| CN110078053A (zh) | 一种应用于电池隔膜涂层的多孔碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN109616331A (zh) | 一种核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料及其制备方法 | |
| CN111640921A (zh) | 一种钒类化合物电极材料的制备方法及其在水系锌离子电池中的应用 | |
| CN105719846B (zh) | 一种硫化钴/碳复合材料的制备方法及其产品与应用 | |
| CN102897849A (zh) | 一种超级电容器电极材料的制备方法 | |
| CN110993971A (zh) | 一种NiS2/ZnIn2S4复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN107331830A (zh) | 一种锂硫电池的复合正极及其制备方法 | |
| CN105084425B (zh) | 一种具有无定型结构二硫化钴微米球的制备方法及应用 | |
| CN108109852B (zh) | 一种基于CoFe类普鲁士蓝的长寿命非对称型超级电容器 | |
| CN110391415A (zh) | 一种正极活性材料以及包括该正极活性材料的锌离子电池 | |
| CN108899214A (zh) | 一种硫修饰金属氢氧化物电极材料的制备方法 | |
| CN111276340B (zh) | 一种Ce-Co-S复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN106450235B (zh) | 一种自组装纳米片状多孔结构四氧化三钴-氧化锌复合材料的制备方法及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190426 |