CN114743808B - 一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料的制备方法，属于电化学领域。本发明采用以下技术方案：首先用氢氧化钾活化碳化方法制备酶解木质素炭材料，接下来用共沉淀法制备钨酸镍钴/酶解木质素炭复合材料。本发明采用酶解木质素为碳前驱体，其含碳量高，广泛来源于天然植物，储量丰富，应用于超级电容器能显著降低制备成本，符合绿色环保及可持续发展的长期目标。此外，本发明采用共沉淀法制备的钨酸镍钴/酶解木质素炭复合材料结合了过渡金属化合物比电容高和酶解木质素炭导电性好的优点，所得复合材料导电性能好、电化学性能优、整体稳定性强，且制备过程简单，能耗低，工艺更加安全。本发明为生产具备良好电学性能的酶解木质素炭基电极材料提供了一种新思路和方法，有望在超级电容器乃至其它储能器件的电极材料中得到广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料的制备方法。
背景技术
超级电容器(Supercapacitors)作为一种新型的能量储存装置。超级电容器电极材料种类很多，如碳材料、导电聚合物、金属氧化物和复合材料等，电极材料在超级电容器的电容性能中起着至关重要的作用。这些碳材料大部分是由煤或化石石油材料制备的，这些材料是不可再生和不可持续的。因此，由于可再现性，低成本和可生物降解性，酶解木质素作为碳材料前体引起了研究关注。令人惊奇的是，木质素含碳量高，热稳定性良好，因此，利用木质素制备超级电容器已被广泛研究。另一方面，由于过渡金属具有多种氧化态，导电性良好和比电容较高，因此过渡金属的各种化合物及其它复合材料已经广泛应用于电极材料。但是过渡金属氧化物及钨酸盐通常导电性不好以及明显的充放电过程中体积变化，从而导致循环性能和倍率性能较差。此外，过渡金属氧化物及钨酸盐在氧化还原过程中也几乎面临着同样的溶胀和收缩问题。因此，将碳材料与过渡金属钨酸盐相结合制备的复合电极材料应用于超级电容器中，可以同时发挥不同材料的优势，从而提高超级电容器的整体性能。同时，这对于建设环境友好型、资源节约型社会具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术提出的问题，而提供了一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料及其制备方法，所述用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极的制备方法包括：
执行步骤S1：制备酶解木质素炭材料
将酶解木质素溶于氢氧化钾溶液中，搅拌1h，超声1h，置于干燥箱中干燥；干燥后进行研磨，碳化，盐酸洗涤后干燥得到酶解木质素炭；
执行步骤S2：钨酸镍钴/酶解木质素炭材料制备
将步骤S1所得到的酶解木质素炭与硝酸镍和硝酸钴共同溶解在水中，水浴得到混合均匀的溶液，然后取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50ml去离子水中，磁搅拌下，缓慢滴加到上述溶液中，之后在50℃下搅拌3h，最终离心得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，真空干燥后得到钨酸镍钴/酶解木质素炭样品。
基于以上的技术方案，进一步的，步骤(1)中，所述木质素和氢氧化钾的比例为1:1～1:3。
基于以上的技术方案，进一步的，步骤(1)中，所述干燥温度为80～100℃。
基于以上的技术方案，进一步的，步骤(1)中，所述碳化条件为：温度600～800℃、保温时间2～3h。
基于以上的技术方案，进一步的，步骤(1)中，所述碳化条件为在氮气保护下进行，升温速率为1～10℃min-1。
基于以上的技术方案，进一步的，步骤(1)中，所述盐酸溶液的浓度为3～6mol L-1。
基于以上的技术方案，进一步的，步骤(2)中，所述硝酸镍和硝酸钴的混合溶液中硝酸镍的量为3.5mmol～2mmol，硝酸钴的量为0.5mmol～2mmol，酶解木质素炭的质量为100mg，加入的钨酸钠的量为4mmol。
基于以上的技术方案，进一步的，步骤(2)中，所述水浴温度为30～70℃。
基于以上的技术方案，进一步的，步骤(2)中，所述干燥温度为60～80℃。
一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭的电极材料，采用上述任意一项方法制备而成。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明选用酶解木质素作为碳前驱体，原料广泛来源于天然植物、成本低，应用于超级电容器能显著降低制备成本，符合绿色环保及可持续发展的长期目标。同时酶解木质素具备天然的多孔结构，制备的酶解木质素炭含有丰富的大孔、介孔和微孔，比表面积大，因此，相比于其他的炭材料来说，酶解木质素炭制备的电极材料整体性能较为优秀。
(2)本发明选用共沉淀方法制备钨酸镍钴/酶解木质素炭复合材料，相对比传统的水热合成过程来说制备过程简单，能耗低，工艺更加安全。
(3)本发明制备的钨酸镍钴/酶解木质素炭复合材料结合了过渡金属化合物比电容高和酶解木质素炭导电性好的优点，酶解木质素炭较大的比表面积可以显著改善钨酸镍钴易团聚的情况，有效改善了其微观形貌，有利于提高复合电极材料的电化学性能和循环稳定性。
附图说明
图1是实施例1所制备的钨酸镍钴/酶解木质素炭复合材料作为电极材料的X射线衍射图谱。
图2是实施例1所制备的钨酸镍钴/酶解木质素炭复合材料作为电极材料的扫描电镜图谱和透射电镜图谱。
图3是实施例1所制备的钨酸镍钴/酶解木质素炭复合材料作为电极材料在6mol·L-1的KOH电解液中不同扫描速度下的循环伏安图。
图4是实施例1所制备的钨酸镍钴/酶解木质素炭复合材料作为电极材料在6molL-1的KOH电解液中不同电流密度下的恒电流充放电曲线图。
图5是实施例1所制备的钨酸镍钴/酶解木质素炭复合材料作为电极材料在6mol·L-1的KOH电解液中的交流阻抗图。
图6是实施例1所制备的钨酸镍钴/酶解木质素炭复合材料作为电极材料在6molL-1的KOH电解液中电流密度为10Ag-1的循环稳定测试图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件，均按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂。
为了更直观的揭露本发明之技术方案，凸显本发明之有益效果，现结合具体实施方式，对本发明基于钨酸镍钴/酶解木质素炭的电化学性能等进行阐述。
作为具体的实施方式，在步骤S1中，制备酶解木质素炭材料，进一步包括：
执行步骤S11：采用酶解木质素作为炭材料，取木质素：氢氧化钾＝1:2比例，溶解于水中，搅拌1h，超声1h，于烘箱中110℃过夜；
执行步骤S12：将上述干燥后样品在氮气气氛中以5℃min-1的加热速率在800℃保持3h；
执行步骤S13：待碳化结束，将所得样品用6mol L-1的HCl浸泡；
执行步骤S14：将上述样品用去离子水洗涤至中性，干燥，备用。
在步骤S2中，所述钨酸镍钴/酶解木质素炭样品以及电极的制备，进一步包括：
执行步骤S21：前驱体溶液的配置，具体包括：首先，称取酶解木质素炭100mg，并加入到去离子水中，搅拌均匀；然后，称取硝酸镍和硝酸钴，加入上述溶液中，继续搅拌30min，在50℃水浴中得到均匀的溶液。
执行步骤S22：取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50ml去离子水中，磁搅拌下，将混合溶液滴加到上述溶液中。滴加溶液后，在50℃下搅拌3h，最终用离心机分离得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到钨酸镍钴/酶解木质素炭样品。
实施例1
执行步骤S1：制备酶解木质素炭材料
执行步骤S11：采用酶解木质素作为炭材料，取木质素：氢氧化钾＝1:2比例，溶解于水中，搅拌1h，超声1h，于烘箱中110℃过夜；
执行步骤S12：将上述干燥后样品在氮气气氛中以5℃min-1的加热速率在800℃保持3h；
执行步骤S13：待碳化结束，将所得样品用6mol L-1的HCl浸泡；
执行步骤S14：将上述样品用去离子水洗涤至中性，80℃干燥。
执行步骤S2：制备钨酸镍钴/酶解木质素炭
执行步骤S21：前驱体溶液的配置，具体包括：首先，称取酶解木质素炭100mg，并加入到去离子水中，搅拌均匀；然后，称取3mmol硝酸镍和1mmol硝酸钴加入上述溶液中，在50℃水浴中继续搅拌30min后得到混合均匀的溶液。
执行步骤S22：取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50mL去离子水中，在磁力搅拌的作用下，将混合溶液滴加到上述溶液中。然后，在50℃下搅拌3h，最终用离心机分离得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到钨酸镍钴/酶解木质素炭样品。
实施例2
执行步骤S1：制备酶解木质素炭材料
执行步骤S11：采用酶解木质素作为炭材料，取木质素：氢氧化钾＝1:2比例，溶解于水中，搅拌1h，超声1h，于烘箱中110℃过夜；
执行步骤S12：将上述干燥后样品在氮气气氛中以5℃min-1的加热速率在800℃保持3h；
执行步骤S13：待碳化结束，将所得样品用6mol L-1的HCl浸泡；
执行步骤S14：将上述样品用去离子水洗涤至中性，80℃干燥。
执行步骤S2：制备钨酸镍钴/酶解木质素炭
执行步骤S21：前驱体溶液的配置，具体包括：首先，称取酶解木质素炭100mg，并加入到去离子水中，搅拌均匀；然后，称取3.5mmol硝酸镍和0.5mmol硝酸加入上述溶液中，在60℃水浴中继续搅拌30min后得到混合均匀的溶液。
执行步骤S22：取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50mL去离子水中，在磁力搅拌的作用下，将混合溶液滴加到上述溶液中。然后，在50℃下搅拌3h，最终用离心机分离得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到钨酸镍钴/酶解木质素炭样品。
实施例3
执行步骤S1：制备酶解木质素炭材料
执行步骤S11：采用酶解木质素作为炭材料，取木质素：氢氧化钾＝1:2比例，溶解于水中，搅拌1h，超声1h，于烘箱中110℃过夜；
执行步骤S12：将上述干燥后样品在氮气气氛中以5℃min-1的加热速率在800℃保持3h；
执行步骤S13：待碳化结束，将所得样品用6mol L-1的HCl浸泡；
执行步骤S14：将上述样品用去离子水洗涤至中性，80℃干燥。
执行步骤S2：制备钨酸镍钴/酶解木质素炭
执行步骤S21：前驱体溶液的配置，具体包括：首先，称取酶解木质素炭100mg，并加入到去离子水中，搅拌均匀；然后，称取2.5mmol硝酸镍和1.5mmol硝酸钴加入上述溶液中，在40℃水浴中继续搅拌30min后得到混合均匀的溶液。
执行步骤S22：取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50mL去离子水中，在磁力搅拌的作用下，将混合溶液滴加到上述溶液中。然后，在50℃下搅拌3h，最终用离心机分离得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到钨酸镍钴/酶解木质素炭样品。
实施例4
执行步骤S1：制备酶解木质素炭材料
执行步骤S11：采用酶解木质素作为炭材料，取木质素：氢氧化钾＝1:2比例，溶解于水中，搅拌1h，超声1h，于烘箱中110℃过夜；
执行步骤S12：将上述干燥后样品在氮气气氛中以5℃min-1的加热速率在800℃保持3h；
执行步骤S13：待碳化结束，将所得样品用6mol L-1的HCl浸泡；
执行步骤S14：将上述样品用去离子水洗涤至中性，80℃干燥。
执行步骤S2：制备钨酸镍钴/酶解木质素炭
执行步骤S21：前驱体溶液的配置，具体包括：首先，称取酶解木质素炭100mg，并加入到去离子水中，搅拌均匀；然后，称取2mmol硝酸镍和2mmol硝酸钴加入上述溶液中，在60℃水浴中继续搅拌30min后得到混合均匀的溶液。
执行步骤S22：取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50mL去离子水中，在磁力搅拌的作用下，将混合溶液滴加到上述溶液中。然后，在50℃下搅拌3h，最
终用离心机分离得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到钨酸镍钴/酶解木质素炭样品。
一种如权利要求1所述的用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭的成品电极制备方法，包括：
执行步骤S1：处理集流体，将导电基底泡沫镍剪成1cm2的形状，然后依次以丙酮、3mol L-1的盐酸、无水乙醇和去离子水超声清洗处理15min，最后60℃下干燥12h备用。
执行步骤S2：质量比80:10:10的比例分别称取活性物质(钨酸镍钴/酶解木质素炭)、导电剂(乙炔黑)和粘结剂(聚四氟乙烯浓缩液(10wt％))，用无水乙醇混合成均一的固体，涂覆在洁净干燥的泡沫镍上(活性物质的涂覆量一般为3mg左右)，然后60℃真空干燥12h，再在10MPa下压片，即得工作电极。
对比例1
执行步骤S1：本对比例中以商用石油焦基活性炭作为碳源，其比表面积为3122m2/g；孔径分布中，小于2nm微孔占89％；剩余为大于2nm且小于50nm介孔。
执行步骤S2：制备钨酸镍钴/石油焦基活性炭
执行步骤S21：前驱体溶液的配置，具体包括：首先，称取石油焦基活性炭100mg，并加入到去离子水中，搅拌均匀；然后，称取3mmol硝酸镍和1mmol硝酸钴加入上述溶液中，在50℃水浴中继续搅拌30min后得到混合均匀的溶
执行步骤S22：取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50mL去离子水中，在磁力搅拌的作用下，将混合溶液滴加到上述溶液中。然后，在50℃下搅拌3h，最终用离心机分离得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到钨酸镍钴/石油焦基活性炭样品。
一种用于超级电容器的钨酸镍钴/石油焦基活性炭的成品电极制备方法，包括：
执行步骤S1：制备过程同实施例1。
执行步骤S2：活性物质为钨酸镍钴/石油焦基活性炭，其他制备过程同实施例1。
对比例2
执行步骤S1：本对比例中以商用中间相炭微球作为碳源。
执行步骤S2：制备钨酸镍钴/中间相炭微球
执行步骤S21：前驱体溶液的配置，具体包括：首先，称取中间相炭微球100mg，并加入到去离子水中，搅拌均匀；然后，称取3mmol硝酸镍和1mmol硝酸钴加入上述溶液中，在50℃水浴中继续搅拌30min后得到混合均匀的溶液。
执行步骤S22：取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50mL去离子水中，在磁力搅拌的作用下，将混合溶液滴加到上述溶液中。然后，在50℃下搅拌3h，最终用离心机分离得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到钨酸镍钴/中间相炭微球样品。
一种用于超级电容器的钨酸镍钴/中间相炭微球的成品电极制备方法，包括：
执行步骤S1：制备过程同实施例1。
执行步骤S2：活性物质为钨酸镍钴/中间相炭微球，其他制备过程同实施例1。
对比例3
执行步骤S1：本对比例中以商用碳布作为碳源。将碳布裁剪为1cm×2cm的尺寸，在浓硝酸中浸泡12小时后，洗涤三次后干燥。
执行步骤S2：制备钨酸镍钴/碳布
执行步骤S21：前驱体溶液的配置，具体包括：首先，取3片处理后的碳布，并加入到去离子水中；然后，称取3mmol硝酸镍和1mmol硝酸钴加入到上述溶液中，在50℃水浴中搅拌30min后得到混合均匀的溶液。
执行步骤S22：取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50mL去离子水中，在磁力搅拌的作用下，将混合溶液滴加到上述溶液中。然后，在50℃下搅拌3h，最终用离心机分离得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到钨酸镍钴/碳布样品。
一种用于超级电容器的钨酸镍钴/碳布的成品电极制备方法，包括：
执行步骤S1：制备过程同实施例1。
执行步骤S2：活性物质为钨酸镍钴/碳布，其他制备过程同实施例1。
对比例4
执行步骤S1：本对比例中以商用碳纳米管作为碳源。
执行步骤S2：制备钨酸镍钴/碳纳米管
执行步骤S21：前驱体溶液的配置，具体包括：首先，称取碳纳米管100mg，并加入到去离子水中，搅拌均匀；然后，称取3mmol硝酸镍和1mmol硝酸钴加入上述溶液中，在50℃水浴中继续搅拌30min后得到混合均匀的溶液。
执行步骤S22：取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50mL去离子水中，在磁力搅拌的作用下，将混合溶液滴加到上述溶液中。然后，在50℃下搅拌3h，最终用离心机分离得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到钨酸镍钴/碳纳米管样品。
一种用于超级电容器的钨酸镍钴/碳纳米管的成品电极制备方法，包括：
执行步骤S1：制备过程同实施例1。
执行步骤S2：活性物质为钨酸镍钴/碳纳米管，其他制备过程同实施例1。
对比例5
执行步骤S1：制备氧化石墨烯
执行步骤S11：取2g石墨烯原料置于500mL烧杯中，取35mL浓硫酸(浓度为98％)加入到烧杯中，搅拌2h。
执行步骤S12：称取8g高锰酸钾(分析纯)，然后将其边搅拌边缓慢加入上述混合溶液中，结束后，将烧杯置于35℃恒温水浴锅中反应6h。
执行步骤S13：加入100mL去离子水，继续搅拌30min，再加入20mL 30％的双氧水，搅拌30min，最后加入30mL浓盐酸和200mL去离子水，搅拌30min，去除溶液中残余物质。
执行步骤S14：利用去离子水洗涤至中性，将洗净得到的沉淀放冰箱冷冻结块后冷冻干燥24h，得到氧化石墨烯粉末。
执行步骤S2：制备钨酸镍钴/氧化石墨烯
执行步骤S21：前驱体溶液的配置，具体包括：首先，称取氧化石墨烯100mg，并加入到去离子水中，搅拌均匀；然后，称取3mmol硝酸镍和1mmol硝酸钴加入上述溶液中，在50℃水浴中继续搅拌30min后得到混合均匀的溶液。
执行步骤S22：取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50ml去离子水中，在磁力搅拌作用下，将混合溶液缓慢滴加到上述溶液中。滴加溶液后，在50℃下搅拌3h，最终用离心机分离得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到钨酸镍钴/氧化石墨烯样品。
一种用于超级电容器的钨酸镍钴/氧化石墨烯的成品电极制备方法，包括：
执行步骤S1：制备过程同实施例1。
执行步骤S2：活性物质为钨酸镍钴/氧化石墨烯，其他制备过程同实施例1。
对比例6
执行步骤S1：制备酶解木质素炭材料，其制备过程与实施例1相同。
执行步骤S2：制备氧化钨/酶解木质素炭
执行步骤S21：称取0.4g WCl6和0.4g酶解木质素炭，并加入到40mL乙醇中，搅拌均匀；
执行步骤S22：将溶液转移到40mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在200℃下水热反应2h。冷却至室温后，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到氧化钨/酶解木质素炭样品。
一种用于超级电容器的氧化钨/酶解木质素炭的成品电极制备方法，包括：
执行步骤S1：制备过程同实施例1。
执行步骤S2：活性物质为氧化钨/酶解木质素炭，其他制备过程同实施例1。
对比例7
执行步骤S1：制备酶解木质素炭材料，其制备过程与实施例1相同。
执行步骤S2：制备钨酸镍/酶解木质素炭
执行步骤S21：前驱体溶液的配置，具体包括：首先，称取酶解木质素炭100mg，并加入到去离子水中，搅拌均匀；然后，称取3mmol硝酸镍加入上述溶液中，在50℃水浴中继续搅拌30min后得到混合均匀的溶液。
执行步骤S22：取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50mL去离子水中，在磁力搅拌作用下，将混合溶液缓慢滴加到上述溶液中。滴加溶液后，在50℃下搅拌3h，最终用离心机分离得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到钨酸镍/酶解木质素炭样品。
一种用于超级电容器的钨酸镍/酶解木质素炭的成品电极制备方法，包括：
执行步骤S1：制备过程同实施例1。
执行步骤S2：活性物质为钨酸镍/酶解木质素炭，其他制备过程同实施例1。
对比例8
执行步骤S1：制备酶解木质素炭材料，其制备过程与实施例1相同。
执行步骤S2：制备钨酸钴/酶解木质素炭
执行步骤S21：前驱体溶液的配置，具体包括：首先，称取酶解木质素炭100mg，并加入到去离子水中，搅拌均匀；然后，称取1mmol硝酸钴加入上述溶液中，在50℃水浴中继续搅拌30min后得到混合均匀的溶液。
执行步骤S22：取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50mL去离子水中，磁搅拌下，将混合溶液缓慢滴加到上述溶液中。滴加溶液后，在50℃下搅拌3h，最终用离心机分离得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，去除表面杂质。将固体产物在60℃真空干燥12h，得到钨酸钴/酶解木质素炭样品。
一种用于超级电容器的钨酸钴/酶解木质素的成品电极制备方法，包括：
执行步骤S1：制备过程同实施例1。
执行步骤S2：活性物质为钨酸钴/酶解木质素，其他制备过程同实施例1。
对比例9
执行步骤S1：制备酶解木质素炭材料，其制备过程与实施例1相同。
执行步骤S2：制备氢氧化镍钴/酶解木质素炭
执行步骤S21：准确称取3mmol硝酸镍、1mmol的硝酸钴、20mmol六亚甲基四胺，将其溶于50mL去离子水中，持续搅拌30min，形成均一的透明溶液。随后，在上述溶液中加入100mg酶解木质素炭，继续搅拌30min；
执行步骤S22：将溶液转入100mL水热反应釜中，于120℃下反应12h，待其自然冷却到室温，用去离子水/无水乙醇混合溶液反复清洗数次，80℃下干燥12h，得到氢氧化镍钴/酶解木质素炭样品。
一种用于超级电容器的氢氧化镍钴/酶解木质素炭的成品电极制备方法，包括：
执行步骤S1：制备过程同实施例1。
执行步骤S2：活性物质为氢氧化镍钴/酶解木质素炭，其他制备过程同实施例1。
为了对本发明做进一步的说明，对上述实施例1方法制得的材料进行检测以及电化学测试，结果见表1和附图。
其中，图1为实施例1中采用共沉淀法制备得到的钨酸镍钴/酶解木质素炭的X射线衍射图谱，测试结果中显示有明显的钨酸镍钨酸钴的衍射峰，表明成功合成的钨酸镍钴/酶解木质素炭复合材料。
图2为实施例1中采用共沉淀法制备得到的钨酸镍钴/酶解木质素炭，a-b扫描电镜图谱，c-d透射电镜图谱。图2a-b显示酶解木质素炭表现出丰富的三维分层多孔结构，不规则聚集的钨酸镍钴纳米粒子随机排列并分布在碳基体表面，如图2中显示酶解木质素炭作为基质来承载钨酸镍钴并防止纳米组分的聚集，使电解质能够轻松地在稳定的碳骨架中扩散，从而显着提高电化学性能。
图3为实施例1中采用共沉淀法制备得到的钨酸镍钴/酶解木质素炭在不同扫描速率下的循环伏安图谱，随着扫描速率的增加，这些曲线表现出明显的氧化还原峰，表明良好的电化学性能。
图4为实施例1中采用共沉淀法制备得到的钨酸镍钴/酶解木质素炭在不同扫描电流密度下的充电放电图谱，所有曲线都表现出近似对称的特征形状，表明电极具有优异的可逆性和良好的库仑效率。在0.5、1、2、5、10和20A g-1下的比电容值分别为1384、1012、868、660、500、420F g-1。
图5为实施例1中采用共沉淀法制备得到的钨酸镍钴/酶解木质素炭的交流阻抗图谱，图中可以看出复合材料的电荷转移电阻很小，表明电子电荷传输过程较快。
图6为实施例1中采用共沉淀法制备得到的钨酸镍钴/酶解木质素炭的循环充放电曲线，在10A g-1的电流密度下，循环10,000次还能保持最终容量的80.74％，展现出优异的循环稳定性。
从表1中可以看出，通过简单的共沉淀方法制备的钨酸镍钴/酶解木质素炭(实施例1，Ni:Co＝3:1)具有较高的比电容及优异的电化学性能。这主要是由于酶解木质素炭可以提供更大的比表面积，可以显著改善钨酸镍钴易团聚的情况，有利于提高复合电极材料的电化学性能。此外，镍和钴之间具有协同作用，即钴离子的存在可以降低电荷转移电阻进而促进镍原子的氧化还原反应，当Ni:Co＝3:1时，复合电极材料可以提供更大的扩散系数，有利于电解液中阴阳离子的嵌入和脱出，促进了电极内部离子的传输，加快了电活性物质的氧化还原反应，更有利于能量的存储。本发明所涉及的共沉淀方法制备过程简单，能耗低，工艺更加安全。本发明选用酶解木质素作为碳前驱体，原料来源广泛、成本低，应用于超级电容器能显著降低制备成本，更加突显出绿色能源这一优势。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。
表1实施例1～对比例9的电化学性能列表
Claims (9)
1.一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）酶解木质素炭材料制备：
将酶解木质素溶于氢氧化钾溶液中，搅拌1 h，超声1 h，置于干燥箱中干燥；干燥后进行研磨，碳化，盐酸洗涤后干燥得到酶解木质素炭；
（2）钨酸镍钴/酶解木质素炭材料制备：
将步骤（1）所得到的酶解木质素炭与硝酸镍和硝酸钴共同溶解在水中，水浴搅拌得到均匀的溶液，然后取钨酸钠和氢氧化钠，溶解在50 ml去离子水中，磁搅拌下，缓慢滴加到上述溶液中，之后在水浴锅中搅拌3 h，最终离心得到沉淀，用超纯水和无水乙醇多次洗涤，真空干燥后得到钨酸镍钴/酶解木质素炭样品。
2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述干燥温度为80~100 ℃。
3.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碳化条件为：温度600~800 ℃、保温时间2~3 h。
4.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碳化条件为在氮气保护下进行，升温速率为1~10℃ min-1。
5.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述盐酸溶液的浓度为3~6 mol L-1。
6.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述硝酸镍和硝酸钴的混合溶液中硝酸镍的量为3.5mmol～2 mmol，硝酸钴的量为0.5 mmol～2 mmol，酶解木质素炭的质量为100 mg，加入的钨酸钠的量为4 mmol。
7.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述水浴温度为30~70 ℃。
8.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述干燥温度为60~80 ℃。
9.一种用于超级电容器的钨酸镍钴/酶解木质素炭电极材料，其特征在于，采用上述权利要求1~8中任意一项方法制备而成。
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