CN113912136B - 一种富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料及其制备方法与在电化学方面的应用。该方法包括以下步骤：将镍盐和钴盐按照一定比例配制成混合水溶液；在搅拌条件下，将镁粉加入到混合溶液中，在室温下反应；得到绿色的沉淀，离心分离，用蒸馏水和无水乙醇洗涤；最后冷冻干燥得到绿色钴镍镁氢氧化物电极材料。钴镍镁氢氧化物中丰富的氧空位促进了电化学电荷转移效率，增强了电极材料对电解液的吸附能力，从而极大地提升了超级电容器性能。另外，本发明公开的氧空位合成策略无需加热，反应条件温和，不使用任何模板剂和表面活性剂，具有工艺简单，能耗低的优点，易于工业化生产；本发明制备得到的纳米材料可以用于超级电容和电池等领域。
Description
技术领域
本申请属于电化学及无机功能材料制备领域，具体地说，涉及一种富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料及其制备方法与应用。
背景技术
超级电容器由于具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长等优点，在诸多领域都有应用，引起科研工作者的广泛关注。金属氢氧化物是一类具有高理论容量的超级电容器电极材料，然而目前实际制备的金属氢氧化物电极材料的实际能量密度和功率密度仍然较低。
由于氧空位的存在能够增强电极材料中的电荷转移效率，增强电极材料的导电性，同时增强电极材料对电解液离子的吸附作用。因此，氧缺陷策略成为一种提升超级电容器电极材料性能的有效方法。
目前在电极材料中实现氧空位的方法主要有氢气热还原、高温等离子体处理、硼氢化钠还原，以及强酸强碱刻蚀等策略。例如发明专利（CN 112908715A）采用了氢气热还原的策略合成了一种氧缺陷型的二氧化锰纳米棒，该氧缺陷型氧化锰纳米棒实现了500-800F/g的比电容。常规的氧空位合成策略大多使用高温，强还原剂，强酸强碱或者高压等离子体等苛刻的合成方法，能耗较高，工艺复杂，不易大规模生产。因此研究开发常温常压下合成氧空位的策略对大幅度提升超级电容器性能具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本申请针对上述的问题，提供了一种富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料及其制备方法与应用，本方法无需加热，反应条件温和，不使用任何模板剂和表面活性剂，具有工艺简单和反应稳定的优点，易于工业化生产；本发明制备得到的纳米材料可以用于超级电容和电池等领域。
为了解决上述技术问题，本申请公开了一种富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料及其制备方法与应用，
包括以下步骤：
1)将镍盐和钴盐配制成水溶液；
2)在搅拌条件下。将镁粉加入到混合水溶液中，在室温下反应；
3)得到绿色絮状沉淀，离心分离，液相回收，固相用蒸馏水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤三次；
4) 最后冷冻干燥得到绿色钴镍镁氢氧化物纳米片，即为富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料。
进一步地，所述步骤1)中的镍盐和钴盐的水溶液的浓度为0.01-0.3mol/L，镍盐和钴盐的摩尔比为5:1-1:5。
进一步地，所述步骤1)中的镍盐可以为氯化镍、硝酸镍或乙酸镍中的一种。所述步骤1)中的钴盐可以为氯化钴、硝酸钴或乙酸钴中的一种。
进一步地，所述步骤2)中的搅拌速度为180-220转/分钟；反应时间为12-48小时。镁粉与金属盐的摩尔比为1:0.5~1:1.2；
进一步地，所述步骤3)中的离心转速为3500-4500转/分钟。
进一步地，所述步骤4)中的冷冻干燥温度为-30℃～-50℃，真空压强为10-50帕。
本发明还公开了一种由上述的制备方法制备得到的一种富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料的应用方法。
本发明还公开了一种由上述的钴镍镁氢氧化物电极材料在超级电容中应用，包括以下步骤：将制备得到的钴镍镁氢氧化物电极材料与乙炔黑、PTFE按照质量比为80：10：10的比例均匀混合制成糊状，均匀涂布于1cm*1cm泡沫镍集流体上，在10MPa的压力下压制成片，制备得到钴镍镁氢氧化物电极材料，以富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极为正极，活性炭电极为负极，3M的KOH为电解液，组装成真实超级电容器。
与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：
1)本发明不需要加热，在室温条件下反应，降低了反应能耗。
2)本发明所得产品比容量较高，组装的实际电容器具有高的能量密度和功率密度。
3)本发明制备方法简单易操作，产物稳定。
当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，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。在附图中：
图1为实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料的SEM图；
图2为实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料的TEM图
图3为实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料的XRD图；
图4为实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料的ESR图；
图5为以实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料为正极，商业活性炭为负极组装成的实际电容器再不同电流密度下的比容量图；
图6为以实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料为正极，商业活性炭为负极组装成的实际电容器的功率密度和能量密度图；
图7为以实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料为正极，商业活性炭为负极组装成的实际电容器的循环稳定性图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明公开了一种富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料及其制备方法与应用，包括以下步骤：
1)将镍盐和钴盐配制成0.01-0.3mol/L的混合水溶液，其中，镍盐选择氯化镍、乙酸镍或者硝酸镍，钴盐选择氯化钴、乙酸钴或者硝酸钴，镍盐和钴盐的摩尔比为5:1-1:5。
2)在转速为180-220转/分钟的搅拌条件下，将镁粉加入到钴镍混合水溶液中，在室温下反应12-48小时；其中。镁粉与金属盐的摩尔比为1:0.5~1：1.2；
3)得到绿色絮状沉淀，在离心转速为3500-4500r/min的条件下离心分离，液相回收，固相用蒸馏水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤三次；
4)最后，在温度(-30℃～-50℃)下，真空（10-20帕）条件下干燥得到绿色钴镍镁氢氧化物电极材料。
本发明还公开了一种富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料在超级电容中应用，包括以下步骤：将制备得到的钴镍镁氢氧化物电极材料与乙炔黑、PTFE按照80：10：10的比例均匀混合制成糊状，均匀涂布于1cm*1cm泡沫镍集流体上，在10MPa的压力下压制成片，制备得到钴镍镁氢氧化物电极材料，以富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极为正极，活性炭电极为负极，3M的KOH为电解液，组装成真实超级电容器。
在制备方法中，本方法的关键试剂是选用的镁粉、钴盐和镍盐。钴盐和镍盐的比例对电极材料的性能具有重要影响，在反应体系中镍盐和钴盐的比例以2:8为宜，比例过高或者过低性能都会变差。
实施例1
1)配制0.05mol/L的氯化镍和0.0125 mol/L的氯化钴溶液；
2)在转速为200转/分钟的搅拌条件下，将0.24g的镁粉加入到200毫升的氯化钴和氯化镍的混合溶液中，反应24小时；
3)得到绿色絮状沉淀，在离心转速为4000r/min条件下离心分离，液相回收，分别用水和乙醇分别洗涤三次。冷冻干燥(-40℃)得到绿色钴镍镁氢氧化物纳米片。
4)将制备得到的钴镍镁氢氧化物电极材料与乙炔黑、PTFE按照80：10：10的比例均匀混合制成糊状，均匀涂布于1cm*1cm泡沫镍集流体上，在10MPa的压力下压制成片。以制备的钴镍镁氢氧化物电极为正极，活性炭电极为负极，组装成的实际超级电容器在800W/kg的功率密度下，可以获得73.9 Wh/kg的高能量密度。
图1、2为实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料的SEM和TEM图，从图中可以看出，钴镍镁氢氧化物呈现出均匀的片状形貌，这有利于电解液的浸润和电解液离子的吸附，有利于提高其电化学性能。
图3为实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料的XRD图，从图中可以看出各衍射峰的位置和相对强度与标准卡片一致，表明产物为钴镍镁氢氧化物。
图4为实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料的ESR图，从图中可以看出强的ESR信号，表明该方法合成的钴镍镁氢氧化物纳米材料含有丰富的氧空位。
图5为以实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料为正极，商业活性炭为负极组装成的实际电容器再不同电流密度下的比容量图。从图中可以看出在1A/g的电流密度下，比电容高达332.8 C/g，并且在大电流密度下具有较好的保持率。
图6为以实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料为正极，商业活性炭为负极组装成的实际电容器的功率密度和能量密度图。从图中可以看出在800W/kg的功率密度下，可以获得73.9 Wh/kg的高能量密度。
图7为以实施例1制备的富氧空位的钴镍镁氢氧化物纳米材料为正极，商业活性炭为负极组装成的实际电容器的循环稳定性图，在20A/g的超大电流密度下循环5000次后仍然能够保持首次的87%，表明具有超高的循环稳定性。
实施例2
1)配制0.06 mol/L的氯化镍和0.015 mol/L的氯化钴溶液；
2) 在转速为200转/分钟的搅拌条件下，将0.24 g的镁粉加入到200毫升的氯化钴和氯化镍的混合溶液中，反应24小时；
3)得到绿色絮状沉淀，在离心转速为4000 r/min条件下离心分离，液相回收，分别用水和乙醇分别洗涤三次。冷冻干燥(-40℃)得到绿色钴镍镁氢氧化物纳米片。
4)将制备得到的钴镍镁氢氧化物电极材料与乙炔黑、PTFE按照80：10：10的比例均匀混合制成糊状，均匀涂布于1 cm*1 cm泡沫镍集流体上，在10 MPa的压力下压制成片。以制备的钴镍镁氢氧化物电极为正极，活性炭电极为负极，组装成的实际超级电容器在800W/kg的功率密度下，可以获得72.6Wh/kg的高能量密度。
实施例3
1)配制0.1125 mol/L的氯化镍和0.0125 mol/L的氯化钴溶液；
2) 在转速为200转/分钟的搅拌条件下，将0.24g的镁粉加入到200毫升的氯化钴和氯化镍的混合溶液中，反应24小时；
3)得到绿色絮状沉淀，在离心转速为4000 r/min条件下离心分离，液相回收，分别用水和乙醇分别洗涤三次。冷冻干燥(-40℃)得到绿色钴镍镁氢氧化物纳米片。
4)将制备得到的钴镍镁氢氧化物电极材料与乙炔黑、PTFE按照80：10：10的比例均匀混合制成糊状，均匀涂布于1 cm*1 cm泡沫镍集流体上，在10 MPa的压力下压制成片。以制备的钴镍镁氢氧化物电极为正极，活性炭电极为负极，组装成的实际超级电容器在800W/kg的功率密度下，可以获得65.6Wh/kg的高能量密度。
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定成分或方法。本领域技术人员应可理解，不同地区可能会用不同名词来称呼同一个成分。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分成分的方式。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料的制备方法，包括以下步骤：
1) 将镍盐和钴盐配制成混合水溶液，镍盐和钴盐的水溶液的浓度为0.01-0.3 mol/L，镍盐和钴盐的摩尔比为5:1-1:5；
2)在搅拌条件下，将镁粉加入到混合水溶液中，在室温下反应；
3)得到绿色絮状沉淀，离心分离，液相回收，固相用蒸馏水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤三次；
4)最后冷冻干燥得到绿色钴镍镁氢氧化物纳米片，即为富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料，该钴镍镁氢氧化物电极材料用于超级电容。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的镍盐可以为氯化镍、硝酸镍和乙酸镍中的一种，所述步骤1)中的钴盐可以为氯化钴、硝酸钴和乙酸钴中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的搅拌转速为180-220转/分钟；反应时间为12-48小时；镁粉与金属盐的摩尔比为1:0.5~1：1.2。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的离心转速为3500-4500转/分钟。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中的冷冻干燥温度为-30℃~-50℃，真空压强为10-50帕。
6.一种由权利要求1-5中任一权利要求所述的制备方法制备得到的富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料。
7.一种由权利要求6所述的富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料在超级电容中的应用，其特征在于，包括以下步骤：将制备得到的富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极材料与乙炔黑、PTFE按照质量比为80：10：10的比例均匀混合制成糊状，均匀涂布于1cm*1cm泡沫镍集流体上，在10MPa的压力下压制成片，制备得到富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极，以富氧空位的钴镍镁氢氧化物电极为正极，活性炭电极为负极，3M的KOH为电解液，组装成真实超级电容器。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102881878A (zh) * | 2012-10-15 | 2013-01-16 | 福建师范大学 | 一种通过金属还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法 |
| RU2624466C1 (ru) * | 2016-09-06 | 2017-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ синтеза слоя электроактивного вещества для электродов суперконденсаторов на основе нанокомпозита из металл-кислородных соединений кобальта и никеля |
| CN106935419A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-07-07 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 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 |
| CN107522241A (zh) * | 2017-08-20 | 2017-12-29 | 桂林理工大学 | 一种镍钴双金属氢氧化物的制备方法及其应用 |
| CN107827167A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-03-23 | 淮阴师范学院 | 一种氢氧化镍电极材料及其制备方法与应用 |
| CN112279308A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-01-29 | 南昌大学 | 一种大批量制备高储能镍钴氢氧化物电极材料的方法 |
| CN112820554A (zh) * | 2020-06-22 | 2021-05-18 | 深圳大学 | 镍钴氢氧化物复合材料及其制备方法和超级电容器 |
-
2021
- 2021-09-30 CN CN202111162754.3A patent/CN113912136B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102881878A (zh) * | 2012-10-15 | 2013-01-16 | 福建师范大学 | 一种通过金属还原过程制备富锂固溶体正极材料的方法 |
| RU2624466C1 (ru) * | 2016-09-06 | 2017-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ синтеза слоя электроактивного вещества для электродов суперконденсаторов на основе нанокомпозита из металл-кислородных соединений кобальта и никеля |
| CN106935419A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-07-07 | 中国科学院山西煤炭化学研究所 | 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 |
| CN107522241A (zh) * | 2017-08-20 | 2017-12-29 | 桂林理工大学 | 一种镍钴双金属氢氧化物的制备方法及其应用 |
| CN107827167A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-03-23 | 淮阴师范学院 | 一种氢氧化镍电极材料及其制备方法与应用 |
| CN112820554A (zh) * | 2020-06-22 | 2021-05-18 | 深圳大学 | 镍钴氢氧化物复合材料及其制备方法和超级电容器 |
| CN112279308A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-01-29 | 南昌大学 | 一种大批量制备高储能镍钴氢氧化物电极材料的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "α- and β-Phase Ni-Mg Hydroxide for High Performance Hybrid Supercapacitors";Jingzhou Yin et al.;《Nanomaterials》;文献号1686，第1-14页 * |
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