CN114496596B - 一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用 - Google Patents
一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114496596B CN114496596B CN202210140378.6A CN202210140378A CN114496596B CN 114496596 B CN114496596 B CN 114496596B CN 202210140378 A CN202210140378 A CN 202210140378A CN 114496596 B CN114496596 B CN 114496596B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nickel
- nio
- foam nickel
- mno
- foam
- 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.)
- Active
Links
- 239000006260 foam Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 126
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 30
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 12
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 claims description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 2
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 11
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract description 8
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract description 8
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- IPJKJLXEVHOKSE-UHFFFAOYSA-L manganese dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mn+2] IPJKJLXEVHOKSE-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 2
- BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ni+2] BFDHFSHZJLFAMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 abstract 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 abstract 1
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 12
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 12
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 229910001437 manganese ion Inorganic materials 0.000 description 5
- WAEMQWOKJMHJLA-UHFFFAOYSA-N Manganese(2+) Chemical compound [Mn+2] WAEMQWOKJMHJLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 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
- H01G11/84—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
-
- 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
- H01G11/24—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, 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
- H01G11/28—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features arranged or disposed on a current collector; Layers or phases between electrodes and current collectors, e.g. adhesives
-
- 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
-
- 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
-
- 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)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
本发明涉及超级电容器电极材料的制备领域，具体来说是一种泡沫镍‑NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用，泡沫镍‑NiO/MnO2一体化电极材料由如下方法制得：将纯净泡沫镍加入至含有尿素的镍盐溶液中超声，得到处理泡沫镍，将处理泡沫镍加入至MnSO4溶液中，制得中间体材料，将中间体材料经晶化反应在泡沫镍薄膜上生长氢氧化镍和氢氧化锰，再经过含氧环境下煅烧，制得泡沫镍‑NiO/MnO2一体化电极材料，并将其做为正极材料应用于超级电容器中。本发明制得的电极材料实现了NiO和MnO2均匀且稳定富集于泡沫金属集流体上，并制得NiO/MnO2复合材料，克服现有技术采用导电剂、胶粘剂导致的技术缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容器电极材料的制备领域，具体来说是一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用。
背景技术
随着全球气候变暖，资源匮乏，生态环境日益恶化，对化石燃料的依赖不仅使其即将枯竭，而且给环境带来的危害越来越明显，为此风能、核能、太阳能、海洋能等新能源的开发利用逐渐得到了高度重视，为了能够充分开发利用这些能源，需要与之相配合使用的储能设备，近几十年来国内外发展起来了一种新型储能元件-超级电容器，超级电容器是一种介于电池和电容器之间的能量储存器件，具有充放电效率高、功率密度大、循环寿命长、环境友好等特点，已被广泛应用于交通、移动通信、信息技术、航空航天和国防科技等领域。
根据所使用的电极材料，超级电容器可以分为以下两大类：以活性炭等碳材料为电极的双电层超级电容器和以金属氧化物或导电聚合物为电极材料的赝电容超级电容器或称“法拉第准电容器”。赝电容超级电容器充放电过程中伴随有H+或OH-嵌入和脱出的吸附电容或发生电化学氧化还原反应引起的电容，可实现二维或准二维的体相储电，大大增加了储电能力；金属氧化物中的氧化钌比容量高、导电性好、在电解液中非常稳定，是目前性能最为优良的超级电容器电极材料，但是由于钌属于稀有贵金属，资源有限，价格过高，对环境有污染，无法在短期内进行规模化生产，寻找低成本高性能的替代材料是当今的研究热点。
过渡金属及过渡金属氧化物因为具有较高的理论电容量，因此受到广泛的关注，是极具有潜力的新一代电池材料；其中镍的氧化物具有较高的理论比容量、廉价和环境友好等优点，受到了较多的研究。
具有纳米结构的二氧化锰纳米颗粒或薄膜用于超级电容器电极已经受到了广泛关注；基于纳米结构的特点，二氧化锰具有高的比表面积，有利于最大限度浸润电解液，缩短离子扩散路径，促进在电极表面发生氧化还原反应，从而提高充放电倍率特性和比电容。
现有技术已经公开了双金属氧化物即氧化镍/氧化锰的复合材料，然后应用在电化学的实例中；结果表明，这种复合双金属氧化物具有协同作用，能够提高超级电容器的性能，但是超级电容器在制备工作电极过程中，除了需要氧化镍/氧化锰的复合材料以外，还需加入导电剂和胶粘剂，胶粘剂的加入会引起内阻的增大从而抑制电子传输，导电剂和胶粘剂的同时加入不仅会增大工作电极的重量，而且会随着超级电容器使用周期的延长导致导电剂和胶粘剂脱落，从而影响电容器的性能，所以制备一种能够于泡沫金属集流体表面均匀、稳定富集的氧化镍/氧化锰复合材料的电极材料是十分有必要。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供了一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用，本发明制得的电极材料实现了NiO和MnO2均匀且稳定富集于泡沫金属集流体上，并制得NiO/MnO2复合材料，克服采用导电剂、胶粘剂导致的技术缺陷。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将泡沫镍进行表面清洗处理，得到纯净泡沫镍；
(2)将步骤(1)的纯净泡沫镍加入至含有尿素的镍盐溶液中，并超声1-2h后静置12-24h，得到处理泡沫镍；
(3)将步骤(2)的处理泡沫镍置于300-800mL、5-25g/L的MnSO4溶液中，室温搅拌后陈化2-5h，制得中间体材料；
(4)将步骤(3)的中间体材料于140-180℃下反应4-12h，再经洗涤、抽滤、干燥后得到泡沫镍-Ni(OH)2/Mn(OH)2材料；
(5)将步骤(4)制得的泡沫镍-Ni(OH)2/Mn(OH)2材料于空气或氧气气氛中，于200-450℃煅烧5-8h，制得泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料。
优选的，所述步骤(2)的镍盐为氯化镍或硝酸镍。
优选的，所述步骤(2)的含有尿素的镍盐溶液中，尿素与镍离子的物质的量之比为2-8:1。
优选的，所述镍盐溶液和MnSO4溶液中阳离子的物质的量之比为1:1-2
优选的，所述步骤(1)的清洗处理方法为：将泡沫镍浸泡于丙酮中并超声，然后将泡沫镍浸入至浓度为0.1mol/L的HCl溶液中超声，再置于去离子水中超声，常温干燥至质量不再发生变化。
本发明还保护了制备方法制得的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料。
本发明还保护了泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料在制备超级电容器工作电极中的应用。
优选的，所述应用的方法为：以铂电极为对电极，以Hg/HgO电极为参比电极，与工作电极组成三电极体系，连接到电化学工作站上，以2-6mol/L的KOH溶液为电解液，进行电化学测试。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1、本发明先将表面去油处理后的泡沫镍加入至含有尿素的镍盐溶液中，在超声条件下，使得尿素与镍离子混合均匀，并实现一部分尿素和镍离子进入至泡沫镍孔隙中，然后加入至MnSO4溶液中，此时尿素的两个氮上的孤对电子与锰离子配位，在配位作用下生成配合物，得到中间体材料；随着中间体材料温度的升高，配位作用减弱，在高温反应中使尿素产生OH-，此时Ni2+、Mn2+均与OH-作用生成氢氧化镍和氢氧化锰，并与尿素形成水凝胶富集于泡沫镍表面，得到泡沫镍-Ni(OH)2/Mn(OH)2材料；最后，将泡沫镍-Ni(OH)2/Mn(OH)2材料于含氧环境中煅烧后，得到泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极。
2、采用本发明的制备方法，实现镍离子和锰离子均匀富集于泡沫镍表面，继而使得煅烧后，于泡沫镍表面及泡沫镍内部均匀富集氧化镍和氧化锰，且被制成复合材料后，在循环过程中，氧化锰和氧化镍的结构均不易于坍塌，对电极的循环比电容影响较小。
3、本发明制备得到的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料的稳定性高，在测试经过以0.1C的电流密度做3000个充放电循环之后，稳定容量仍然能够达到105mAh/g及以上，说明本发明制备得到的电极材料实现了多次循环后依旧保持结构稳定的技术效果，具有优异的循环稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例2制得的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料的广角XRD图；
图2为本发明实施例2制得的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料制备成的超级电容器在电流密度20A/g下在循环5000次后的循环性能。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将泡沫镍浸泡于丙酮中并超声，然后将泡沫镍浸入至浓度为0.1mol/L的HCl溶液中超声，再置于去离子水中超声，常温干燥至质量不再发生变化，得到纯净泡沫镍；
(2)将步骤(1)的纯净泡沫镍加入至含有尿素的氯化镍溶液中，并超声1h后静置24h，得到处理泡沫镍；
其中，尿素与镍离子的物质的量之比为2:1；
(3)将步骤(2)的处理泡沫镍置于800mL、25g/L的MnSO4溶液中，室温搅拌后陈化2h，制得中间体材料；氯化镍溶液中Ni离子与MnSO4溶液中锰离子的物质的量之比为1:1.5；
(4)将步骤(3)的中间体材料于180℃下反应4h，再经洗涤、抽滤、干燥后得到泡沫镍-Ni(OH)2/Mn(OH)2材料；
(5)将步骤(4)制得的泡沫镍-Ni(OH)2/Mn(OH)2材料于空气或氧气气氛中，于200℃煅烧8h，制得泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料。
实施例2
一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将泡沫镍浸泡于丙酮中并超声，然后将泡沫镍浸入至浓度为0.1mol/L的HCl溶液中超声，再置于去离子水中超声，常温干燥至质量不再发生变化，得到纯净泡沫镍；
(2)将步骤(1)的纯净泡沫镍加入至含有尿素的硝酸镍溶液中，并超声1.5h后静置18h，得到处理泡沫镍；
其中，尿素与镍离子的物质的量之比为6:1；
(3)将步骤(2)的处理泡沫镍置于500mL、20g/L的MnSO4溶液中，室温搅拌后陈化4h，制得中间体材料；硝酸镍溶液中Ni离子与MnSO4溶液中锰离子的物质的量之比为1:1；
(4)将步骤(3)的中间体材料于160℃下反应10h，再经洗涤、抽滤、干燥后得到泡沫镍-Ni(OH)2/Mn(OH)2材料；
(5)将步骤(4)制得的泡沫镍-Ni(OH)2/Mn(OH)2材料于空气或氧气气氛中，于350℃煅烧6h，制得泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料。
实施例3
一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将泡沫镍浸泡于丙酮中并超声，然后将泡沫镍浸入至浓度为0.1mol/L的HCl溶液中超声，再置于去离子水中超声，常温干燥至质量不再发生变化，得到纯净泡沫镍；
(2)将步骤(1)的纯净泡沫镍加入至含有尿素的氯化镍溶液中，并超声2h后静置12h，得到处理泡沫镍；
其中，尿素与镍离子的物质的量之比为8:1；
(3)将步骤(2)的处理泡沫镍置于300mL、5g/L的MnSO4溶液中，室温搅拌后陈化5h，制得中间体材料；氯化镍溶液中Ni离子与MnSO4溶液中锰离子的物质的量之比为1:2；
(4)将步骤(3)的中间体材料于140℃下反应12h，再经洗涤、抽滤、干燥后得到泡沫镍-Ni(OH)2/Mn(OH)2材料；
(5)将步骤(4)制得的泡沫镍-Ni(OH)2/Mn(OH)2材料于空气或氧气气氛中，于450℃煅烧5h，制得泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料。
对比例1
NiO/MnO2复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将含有尿素的硝酸镍溶液加入至500mL、20g/L的MnSO4溶液中，得到混合溶液；
其中，尿素与镍离子的物质的量之比为6:1，硝酸镍溶液中镍离子与MnSO4溶液中锰离子的物质的量之比为1:1；
(2)将步骤(1)的混合溶液于160℃下反应10h，经洗涤、抽滤、干燥后，于空气或氧气气氛中，于350℃煅烧6h，制得NiO/MnO2材料；
(3)将NiO/MnO2材料、乙炔黑和聚偏氟乙稀混合，加入乙醇后研磨至得到均相的黑色泥浆，将黑色泥浆均匀铺设于泡沫镍上，经干燥、压制，得到工作电极；
其中，NiO/MnO2材料、乙炔黑和聚偏氟乙稀的质量比为8:1:1。
本发明实施例1-实施例3制得的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料性能相近，对比例1为先制得NiO/MnO2复合材料，再与导电剂和胶黏剂混合并铺设于泡沫镍制得电极材料，对几种材料进行性能研究，具体研究方法和结果如下所示：
结果与讨论
下面分别以实施例1-3制得的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料、以及对比例1制得的电极为工作电极，采用循环伏安法对超级电容器的性能进行测试；
具体测试条件为：用铂电极作为对电极，Hg/HgO电极为参比电极，以及实施例1-3制得的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料或对比例1制得的电极材料为工作电极，电解液为6mol的KOH溶液，电压窗口为0-0.5V，扫描速率5-100mV/S；具体测试结果如表1所示：
表1实施例1-3制得的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料的性能测试结果
由表1可以看出，实施例1-3制备的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料在6mol的KOH电解液中均具有优异的电容性能。可以看出，在电流密度为0.5A/g进行充放电时，本发明的实施例1-3的比电容分别达到1569F/g、1902F/g及1744F/g；且明显高于对比例1，结果表明在不使用导电剂和胶黏剂后，有效提升了超级电容器的容量。
图1为本发明实施例2制得的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料广角XRD图，由图可知，其出现的尖峰分别与氧化锰和氧化镍晶面一致，说明制得了NiO/MnO2复合材料。
将实施例2制备得到的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料进行充放电的性能测试，如图2所示，在测试经过以0.1C的电流密度做3000个充放电循环之后，稳定容量还可以达到105mAh/g及以上，且在循环数逐渐增加的情况下，稳定容量趋于平缓。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将泡沫镍进行表面清洗处理，得到纯净泡沫镍，其中清洗处理方法为：将泡沫镍浸泡于丙酮中并超声，然后将泡沫镍浸入至浓度为0.1mol/L的HCl溶液中超声，再置于去离子水中超声，常温干燥至质量不再发生变化；
(2)将步骤(1)的纯净泡沫镍加入至含有尿素的镍盐溶液中，并超声1-2h后静置12-24h，得到处理泡沫镍；
(3)将步骤(2)的处理泡沫镍置于300-800mL、5-25g/L的MnSO4溶液中，室温搅拌后陈化2-5h，制得中间体材料；
(4)将步骤(3)的中间体材料于140-180℃下反应4-12h，再经洗涤、抽滤、干燥后得到泡沫镍-Ni(OH)2/Mn(OH)2材料；
(5)将步骤(4)制得的泡沫镍-Ni(OH)2/Mn(OH)2材料于空气或氧气气氛中，于200-450℃煅烧5-8h，制得泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的镍盐为氯化镍或硝酸镍。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的含有尿素的镍盐溶液中，尿素与镍离子的物质的量之比为2-8:1。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料的制备方法，其特征在于，所述镍盐溶液和MnSO4溶液中阳离子的物质的量之比为1:1-2。
5.一种权利要求1-4任一所述制备方法制得的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料。
6.一种权利要求5所述的泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料在制备超级电容器工作电极中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述应用的方法为：以铂电极为对电极，以Hg/HgO电极为参比电极，与工作电极组成三电极体系，连接到电化学工作站上，以2-6mol/L的KOH溶液为电解液，进行电化学测试。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210140378.6A CN114496596B (zh) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | 一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210140378.6A CN114496596B (zh) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | 一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114496596A CN114496596A (zh) | 2022-05-13 |
| CN114496596B true CN114496596B (zh) | 2024-03-01 |
Family
ID=81480158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210140378.6A Active CN114496596B (zh) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | 一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114496596B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106298285A (zh) * | 2016-09-26 | 2017-01-04 | 安徽师范大学 | 一种在碳布上生长的氢氧化镍@二氧化锰核壳异质结构纳米片阵列材料、制备方法及其应用 |
| CN107045947A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-08-15 | 武汉理工大学 | 一种铁镍二元氧化物‑泡沫镍复合电极材料及其制备方法 |
| CN107633952A (zh) * | 2017-09-21 | 2018-01-26 | 北京化工大学 | 一种镍锰复合氧化物纳米片薄膜材料及其制备方法和应用 |
| CN109830380A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-05-31 | 南阳理工学院 | 一种超级电容器电极材料、制备方法及应用 |
| CN110289175A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-09-27 | 大连海事大学 | 一种高容量NiMn2O4微米球/泡沫镍电极材料及其制备方法和应用 |
| CN111446086A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-07-24 | 浙江工业大学 | 一种镍钴锰氢氧化物纳米片/泡沫镍@氮掺杂碳电极材料的制备方法 |
-
2022
- 2022-02-16 CN CN202210140378.6A patent/CN114496596B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106298285A (zh) * | 2016-09-26 | 2017-01-04 | 安徽师范大学 | 一种在碳布上生长的氢氧化镍@二氧化锰核壳异质结构纳米片阵列材料、制备方法及其应用 |
| CN107045947A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-08-15 | 武汉理工大学 | 一种铁镍二元氧化物‑泡沫镍复合电极材料及其制备方法 |
| CN107633952A (zh) * | 2017-09-21 | 2018-01-26 | 北京化工大学 | 一种镍锰复合氧化物纳米片薄膜材料及其制备方法和应用 |
| CN109830380A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-05-31 | 南阳理工学院 | 一种超级电容器电极材料、制备方法及应用 |
| CN110289175A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-09-27 | 大连海事大学 | 一种高容量NiMn2O4微米球/泡沫镍电极材料及其制备方法和应用 |
| CN111446086A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-07-24 | 浙江工业大学 | 一种镍钴锰氢氧化物纳米片/泡沫镍@氮掺杂碳电极材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 氮掺杂碳/ (NiOH)2/MnO2材料的制备与电化学性能研究;程卫高;《中国知网硕士电子期刊》(第01期);第35-36、44-45页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114496596A (zh) | 2022-05-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2672675C2 (ru) | Материал на вольфрамовой основе, супераккумулятор и суперконденсатор | |
| Ji et al. | Ni nanoparticle doped porous VN nanoflakes assembled into hierarchical hollow microspheres with a structural inheritance from the Ni 1− x V x O 2 cathode material for high performance asymmetric supercapacitors | |
| CN109267047B (zh) | 一种基于镍锰氢氧化物的柔性布电极的制备方法 | |
| CN110010359B (zh) | 一种镍/钴氢氧化物复合电极材料的制备方法 | |
| CN112233912A (zh) | 一种泡沫镍载MnCo2O4.5/MXene复合纳米材料的制备方法及应用 | |
| CN110189924B (zh) | 一种线状Co-Mn双金属氢氧化物电极材料的制备方法 | |
| CN110335758B (zh) | 一种核壳结构的锰酸钴-掺氮空心碳球复合材料及其制备方法和应用 | |
| Zhang et al. | Mild synthesis route to nanostructured α-MnO2 as electrode materials for electrochemical energy storage | |
| CN111333129B (zh) | 用于超级电容器的纳米硫化镍/氮掺杂多孔碳复合材料的制备方法 | |
| CN103560019A (zh) | 一种锌离子混合超级电容器 | |
| Phumuen et al. | Ball milling modification of perovskite LaNiO3 powders for enhancing electrochemical pseudocapacitor | |
| Gogoi et al. | A high-performance flexible energy storage device from biomass-derived porous carbon supported MnCo 2 O 4 nanorods and MnO 2 nanoscales | |
| Li et al. | Unique 3D bilayer nanostructure basic cobalt carbonate@ NiCo–layered double hydroxide nanosheets on carbon cloth for supercapacitor electrode material | |
| CN112038106B (zh) | 一种电极材料及其制备方法和超级电容器电极 | |
| CN113496823B (zh) | 对称杂化超级电容器及其应用 | |
| CN108666144A (zh) | 一种三维花状氢氧化钴-石墨烯复合材料及其制备方法 | |
| CN110400699B (zh) | 一种纳米花状Ni@NiMoO4@Ni3S2微、纳米电极材料的制备方法和应用 | |
| CN111326351A (zh) | 一种电容器用Cu2O/NiO材料的制备方法 | |
| CN114496596B (zh) | 一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用 | |
| Fu et al. | Co nanoparticles-embedded hierarchical porous carbon network as high-performance cathode for lithium-sulfur batteries | |
| CN109767930A (zh) | 一种基于氧化亚钴电极与高活性电解质体系的构建方法 | |
| CN112420401B (zh) | 一种氧化铋/氧化锰复合型超级电容器及其制备方法 | |
| CN114420459A (zh) | 一种超级电容器用的碳/二氧化锰复合材料及其制备方法 | |
| CN110040789B (zh) | 一种铁酸镍微球超级电容器电极材料的制备方法 | |
| KR20220123173A (ko) | 이종 구조를 갖는(SmCoO3/rGO) 재료 및 그 제조 방법 |
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 |