CN111613455A - 一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法 - Google Patents

一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111613455A
CN111613455A CN202010483332.5A CN202010483332A CN111613455A CN 111613455 A CN111613455 A CN 111613455A CN 202010483332 A CN202010483332 A CN 202010483332A CN 111613455 A CN111613455 A CN 111613455A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nico
substance
reinforced
super capacitor
specific capacitance
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.)
Granted
Application number
CN202010483332.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111613455B (zh
Inventor
王青
戴怡乐
戴剑锋
李维学
耿文博
高浩然
刘骥飞
齐玉峰
高姗姗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou University of Technology
Original Assignee
Lanzhou University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou University of Technology filed Critical Lanzhou University of Technology
Priority to CN202010483332.5A priority Critical patent/CN111613455B/zh
Publication of CN111613455A publication Critical patent/CN111613455A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111613455B publication Critical patent/CN111613455B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-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
    • H01G11/24—Electrodes characterised by structural features of the materials making up or comprised in the electrodes, e.g. form, surface area or porosity; characterised by the structural features of powders or particles used therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-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 OR LIGHT-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

Abstract

本发明公开了一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法；该方法顺次利用浓HNO3、NaOH和稀HCL对NiCo2O4进行改性处理；该方法能够有效增加NiCo2O4电极材料的比表面积，提供更多的反应活性位点，从而提升超级电容器的比电容，同时操作方法简单、快捷、无污染。

Description

一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法
技术领域
本发明属于超级电容器电极材料领域，具体涉及一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法。
背景技术
超级电容器具有高功率密度，长寿命和较低生产成本的优点，因此被认为是储能系统最有希望的候选者之一，NiCo2O4作为超级电容器电极材料，具有理论容量高，成本低，自然丰度高，易合成，环境安全、毒性低等突出优点。然而，目前超级电容器中NiCo2O4电极材料的实际比电容远低于理论值，片状NiCo2O4，在1 A/g的情况下，比电容为591 F/g，花状NiCo2O4，在1 A/g的情况下，比电容为744 F/g，这是由于材料本身的比表面积较小，活性位点较少而导致电极材料与电解液之间没有充分反应。
发明内容
本发明的目的是提供一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法，其可以有效提高NiCo2O4材料本身的比表面积。
为实现上述目的，本发明采用的技术方是：
一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法，包括如下步骤：
（1）将制备获得的NiCo2O4用浓HNO3浸润，浸润后获得物质A；
（2）将物质A转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，加入NaOH溶液，并在100-140℃保温1.5h-3h；
（3）高压釜冷却至室温后，将所得物质用去离子水和乙醇洗涤溶液至中性，获得物质B；
（4）将物质B在稀HCL中浸润活化，随后在干燥箱内50-80℃干燥10-14h，获得物质C；
（5）将物质C在管式炉中进行退火去掉杂质，并获得超级电容器改性材料，其命名为AA-NiCo2O4。
进一步，所述步骤（1）中浓HNO3浸润的温度为60-100 ℃，时间为1-5 h。
进一步，所述步骤（2）中NaOH溶液的浓度为10-20 mol/L。
进一步，所述步骤（4）中稀HCL的浓度为0.1-2 mol/L，时间为1-5 h。
进一步，所述步骤（5）中退火过程的温度为300-500 ℃，时间为3-6 h。
进一步，所述步骤（1）中的NiCo2O4采用如下方法制备获得：
1）将NiCl2·6H2O和CoCl2·6H2O溶于H2O中，在溶液中添加尿素，然后常温进行强力搅拌使混合物均匀化；
2）将上述溶液转移到聚四氟乙烯内衬反应釜中，并将其保存在100-140℃干燥箱中保温6-12h，收集沉淀物；
3）将步骤2）中收集的沉淀物用去离子水和乙醇洗涤至少3次；
4）将步骤3）中洗涤后获得的物质放入干燥箱60℃干燥一定时间；
5）将步骤4）处理后获得的物质放入管式炉中，加热至300-400℃，保温3 h，最后制备获得NiCo2O4。
本发明的有益效果是：
1、本发明能够有效增加NiCo2O4电极材料的比表面积，提供更多的反应活性位点，从而提升超级电容器的比电容；
2、本发明操作方法简单、快捷、无污染。
附图说明
图1为NiCo2O4电极材料未改性处理的SEM图；
图2为本发明实施例制备的AA-NiCo2O4的SEM图；（NiCo2O4电极材料改性处理后的SEM图）
图3为本发明实施例制备的AA-NiCo2O4与未改性处理的NiCo2O4质量比电容对比图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
制备获得NiCo2O4：
1）将0.5 mmol NiCl2·6H2O和1 mmol CoCl2·6H2O溶于40 ml H2O中，在溶液中添加0.9 g尿素，然后常温进行强力搅拌使混合物均匀化；
2）将上述溶液转移到聚四氟乙烯内衬反应釜中，并将其保存在120℃干燥箱中8h，收集沉淀物；
3）将步骤2）中收集的沉淀物用去离子水和乙醇洗涤3~5次；
4）将步骤3）中洗涤后获得的物质放入干燥箱60℃干燥12h；
5）将步骤4）处理后获得的物质放入管式炉中，加热至350℃，保温3 h，最后制备获得NiCo2O4。
对上述制备获得的NiCo2O4进行扫描电子显微镜处理，形成如图1所示的NiCo2O4电极材料未改性处理时的SEM图。
将上述方法制备获得的NiCo2O4与PVDF(粘接剂)、乙炔炭黑(导电剂)按照8:1:1的质量比混合均匀涂到1 cm×1 cm的泡沫镍片上，10 MPa压片，然后60 ℃真空干燥24 h。电化学测试采用三电极体系，对电极为铂片电极，参比电极为甘汞电极；最后测得NiCo2O4在不同电流密度（A/g）情况下的质量比电容（F/g），并用于形成图3中的比对数据。
以下对本发明优选实施例进行说明：
实施例一
制备获得NiCo2O4：
1）将0.5 mmol NiCl2·6H2O和1 mmol CoCl2·6H2O溶于40 ml H2O中，在溶液中添加0.9 g尿素，然后常温进行强力搅拌使混合物均匀化；
2）将上述溶液转移到聚四氟乙烯内衬反应釜中，并将其保存在120℃干燥箱中8h，收集沉淀物；
3）将步骤2）中收集的沉淀物用去离子水和乙醇洗涤3~5次；
4）将步骤3）中洗涤后获得的物质放入干燥箱60℃干燥12h；
5）将步骤4）处理后获得的物质放入管式炉中，加热至350℃，保温3 h，最后制备获得NiCo2O4。
NiCo2O4的改性处理方法：
（1）将制备获得的NiCo2O4用浓HNO3在60℃下浸润2h用以破坏其表面结构，浸润后获得物质A；
（2）将物质A转移到50ml聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，然后加入10mol/L NaOH溶液，并在120℃保温2h，目的是进行再生长过程形成新的表面结构；
（3）高压釜冷却至室温后，将所得物质用去离子水和乙醇洗涤溶液至中性，获得物质B；
（4）将物质B在0.1mol/L稀HCL中浸润活化2h，随后在干燥箱内60℃干燥12h，获得物质C；
（5）将物质C在管式炉中进行退火去掉杂质，退火温度控制在350℃，退火时间为3h，并获得超级电容器改性材料，其命名为AA-NiCo2O4。
对上述制备获得的AA-NiCo2O4进行扫描电子显微镜处理，形成如图2所示的AA-NiCo2O4的SEM图。由图1和图2的比对可知，AA-NiCo2O4的比表面积相较于为改性处理前的NiCo2O4显著增大。
将上述方法获得的AA-NiCo2O4与PVDF(粘接剂)、乙炔炭黑(导电剂)按照8:1:1的质量比混合均匀涂到1 cm×1 cm的泡沫镍片上，10 MPa压片，然后60 ℃真空干燥24 h。电化学测试采用三电极体系，对电极为铂片电极，参比电极为甘汞电极；测得AA-NiCo2O4在1A/g的情况下，其质量比电容为1700 F/g。同时测得AA-NiCo2O4在其他不同电流密度（A/g）情况下的质量比电容（F/g），并用于形成图3中的比对数据；由对比可知改性处理后AA-NiCo2O4在不同电流密度（A/g）情况下的质量比电容（F/g）均得到较大提升。
实施例二
制备获得NiCo2O4：与实施例一操作相同，此处略去。
NiCo2O4的改性处理方法：
（1）将制备获得的NiCo2O4用浓HNO3在60℃下浸润3h用以破坏其表面结构，浸润后获得物质A；
（2）将物质A转移到50ml聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，然后加入10mol/L NaOH溶液，并在120℃保温2h，目的是进行再生长过程形成新的表面结构；
（3）高压釜冷却至室温后，将所得物质用去离子水和乙醇洗涤溶液至中性，获得物质B；
（4）将物质B在0.1mol/L稀HCL中浸润活化2h，随后在干燥箱内60℃干燥12h，获得物质C；
（5）将物质C在管式炉中进行退火去掉杂质，退火温度控制在350℃，退火时间为3h，并获得超级电容器改性材料，其命名为AA-NiCo2O4。
将AA-NiCo2O4、PVDF(粘接剂)、乙炔炭黑(导电剂)按照8:1:1的质量比混合均匀涂到1 cm×1 cm的泡沫镍片上，10 MPa压片，然后60 ℃真空干燥24 h。电化学测试采用三电极体系，对电极为铂片电极，参比电极为甘汞电极；最后测得AA-NiCo2O4在1A/g的情况下，其质量比电容为1400 F/g。
实施例三
制备获得NiCo2O4：与实施例一操作相同，此处略去。
NiCo2O4的改性处理方法：
（1）将制备获得的NiCo2O4用浓HNO3在60℃下浸润3h用以破坏其表面结构，浸润后获得物质A；
（2）将物质A转移到50ml聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，然后加入10mol/L NaOH溶液，并在120℃保温2h，目的是进行再生长过程形成新的表面结构；
（3）高压釜冷却至室温后，将所得物质用去离子水和乙醇洗涤溶液至中性，获得物质B；
（4）将物质B在0.1mol/L稀HCL中浸润活化2h，随后在干燥箱内60℃干燥12h，获得物质C；
（5）将物质C在管式炉中进行退火去掉杂质，退火温度控制在500℃，退火时间为3h，并获得超级电容器改性材料，其命名为AA-NiCo2O4。
将AA-NiCo2O4、PVDF(粘接剂)、乙炔炭黑(导电剂)按照8:1:1的质量比混合均匀涂到1 cm×1 cm的泡沫镍片上，10 MPa压片，然后60 ℃真空干燥24 h。电化学测试采用三电极体系，对电极为铂片电极，参比电极为甘汞电极；最后测得AA-NiCo2O4在1A/g的情况下，其质量比电容为800 F/g。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将制备获得的NiCo2O4用浓HNO3浸润，浸润后获得物质A；
（2）将物质A转移到聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，加入NaOH溶液，并在100-140℃保温1.5h-3h；
（3）高压釜冷却至室温后，将所得物质用去离子水和乙醇洗涤溶液至中性，获得物质B；
（4）将物质B在稀HCL中浸润活化，随后在干燥箱内50-80℃干燥10-14h，获得物质C；
（5）将物质C在管式炉中进行退火去掉杂质，并获得超级电容器改性材料，其命名为AA-NiCo2O4。
2. 如权利要求1所述的一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法，其特征在于，所述步骤（1）中浓HNO3浸润的温度为60-100 ℃，时间为1-5 h。
3. 如权利要求1所述的一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法，其特征在于，所述步骤（2）中NaOH溶液的浓度为10-20 mol/L。
4. 如权利要求1所述的一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法，其特征在于，所述步骤（4）中稀HCL的浓度为0.1-2 mol/L，时间为1-5 h。
5. 如权利要求1所述的一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法，其特征在于，所述步骤（5）中退火过程的温度为300-500 ℃，时间为3-6 h。
6.如权利要求1所述的一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的NiCo2O4采用如下方法制备获得：
1）将NiCl2·6H2O和CoCl2·6H2O溶于H2O中，在溶液中添加尿素，然后常温进行强力搅拌使混合物均匀化；
2）将上述溶液转移到聚四氟乙烯内衬反应釜中，并将其保存在100-140℃干燥箱中保温6-12h，收集沉淀物；
3）将步骤2）中收集的沉淀物用去离子水和乙醇洗涤至少3次；
4）将步骤3）中洗涤后获得的物质放入干燥箱60℃干燥一定时间；
5）将步骤4）处理后获得的物质放入管式炉中，加热至300-400℃，保温3 h，最后制备获得NiCo2O4。
CN202010483332.5A 2020-06-01 2020-06-01 一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法 Active CN111613455B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010483332.5A CN111613455B (zh) 2020-06-01 2020-06-01 一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010483332.5A CN111613455B (zh) 2020-06-01 2020-06-01 一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111613455A true CN111613455A (zh) 2020-09-01
CN111613455B CN111613455B (zh) 2021-06-25

Family

ID=72201657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010483332.5A Active CN111613455B (zh) 2020-06-01 2020-06-01 一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111613455B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005007308A (ja) * 2003-06-19 2005-01-13 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 光触媒用担体及びその製造方法
WO2005053842A1 (de) * 2003-12-02 2005-06-16 Basf Aktiengesellschaft Zeolithisches material vom pentasil-strukturtyp, seine herstellung und seine verwendung
CN102074377A (zh) * 2011-01-11 2011-05-25 中国科学院过程工程研究所 一种用于超级电容器的活性炭/低维钛氧化物复合电极材料
CN107785181A (zh) * 2017-06-30 2018-03-09 江苏大学 一种超级电容器电极材料及其制备方法
CN109136621A (zh) * 2018-07-16 2019-01-04 吉林长玉特陶新材料技术股份有限公司 一种泡沫镍基内嵌金属氧化物碳洋葱阵列的制备方法
CN109755030A (zh) * 2019-02-08 2019-05-14 桂林理工大学 一种葡萄糖基碳球/钴镍氢氧化物复合材料的制备方法及其应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005007308A (ja) * 2003-06-19 2005-01-13 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 光触媒用担体及びその製造方法
WO2005053842A1 (de) * 2003-12-02 2005-06-16 Basf Aktiengesellschaft Zeolithisches material vom pentasil-strukturtyp, seine herstellung und seine verwendung
CN102074377A (zh) * 2011-01-11 2011-05-25 中国科学院过程工程研究所 一种用于超级电容器的活性炭/低维钛氧化物复合电极材料
CN107785181A (zh) * 2017-06-30 2018-03-09 江苏大学 一种超级电容器电极材料及其制备方法
CN109136621A (zh) * 2018-07-16 2019-01-04 吉林长玉特陶新材料技术股份有限公司 一种泡沫镍基内嵌金属氧化物碳洋葱阵列的制备方法
CN109755030A (zh) * 2019-02-08 2019-05-14 桂林理工大学 一种葡萄糖基碳球/钴镍氢氧化物复合材料的制备方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN111613455B (zh) 2021-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109252180B (zh) 一种三元mof纳米片阵列材料、制备方法及其应用
WO2021184563A1 (zh) 一种泡沫镍基电解水制氢催化剂的制备方法
Cheng et al. Cu/(Cu (OH) 2-CuO) core/shell nanorods array: in-situ growth and application as an efficient 3D oxygen evolution anode
CN110639534B (zh) 一种析氧电催化材料及其制备方法和应用
CN110479271B (zh) 一种用于电解水产氢的二维镍碳纳米片催化剂的制备方法
CN109873134A (zh) 原位碳封装的铁基硫族化合物、电极材料、钠离子电池及其制备方法
CN112481656B (zh) 高选择性电催化甘油氧化转化产甲酸和高效电解水产氢的双功能催化剂及其制备方法与应用
CN111463022A (zh) 一种钴钼氧化物/镍钴磷化物复合材料的制备方法
CN112349920A (zh) 一种铁氮共掺杂多孔碳球电催化剂的制备
Guo et al. Defect-rich MoSx/carbon nanofiber arrays on carbon cloth for highly efficient electrocatalytic hydrogen evolution
CN111995760A (zh) 一种钴-金属有机框架纳米片及其制备方法和应用
CN113839058B (zh) 一种碳基氧还原反应催化剂及其制备方法
CN110589823A (zh) 一种柚子皮多孔碳材料及其制备方法与应用
CN110078130A (zh) 一种中空结构铁基化合物的制备方法及其作为超级电容器负极材料的应用
Liu et al. Modulating pore nanostructure coupled with N/O doping towards competitive coal tar pitch-based carbon cathode for aqueous Zn-ion storage
CN112951613A (zh) 一种电极材料及其制备方法和应用
CN110415993B (zh) 一种Mn-Co-S/Co-MOF纳米材料的制备方法及其应用
CN111613455B (zh) 一种增强NiCo2O4超级电容器材料比电容的方法
CN114990568B (zh) 一种在泡沫镍上负载Ni3S2-C的电催化电极、制备方法及其应用
CN114807963B (zh) 一种铜掺杂硫化钴多孔纳米片/镍泡沫电极及其制备方法和应用
CN112125339B (zh) 单一晶面的氧化钨与碳纳米片复合储钠材料的形成方法
CN111029166B (zh) 一种超级电容器用褐煤基多孔碳/CoNi2S4复合电极及其制备方法和应用
CN111646494B (zh) 一种氮、硫元素掺杂的氧化镧/苋菜基碳纳米复合材料及其制备方法和应用
CN111192762B (zh) 一种Cu-Co-P复合材料及其制备方法和应用
CN114229829A (zh) 基于碳纳米片的钠离子电池负极材料及其制备方法和应用

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant