RU2501127C1 - СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА NiO/C - Google Patents
СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА NiO/C Download PDFInfo
- Publication number
- RU2501127C1 RU2501127C1 RU2012118141/07A RU2012118141A RU2501127C1 RU 2501127 C1 RU2501127 C1 RU 2501127C1 RU 2012118141/07 A RU2012118141/07 A RU 2012118141/07A RU 2012118141 A RU2012118141 A RU 2012118141A RU 2501127 C1 RU2501127 C1 RU 2501127C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nio
- composite material
- temperature
- suspension
- composite
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к приготовлению активной массы электрода с наноразмерными частицами NiO на углеродном носителе, используемого в химических источниках тока, в частности в никель-металл-гидридных аккумуляторах, а также в суперконденсаторах. Способ получения композиционного NiO/C материала, содержащего 1-99% NiO и представляющего собой равномерно распределенные по поверхности углеродного носителя агрегаты наночастиц β-NiO, основан на получении наночастиц NiO в результате электрохимического окисления и разрушения никелевых электродов в растворах гидроксидов щелочных металлов под действием асимметричного переменного импульсного тока частотой 50 Гц при различном соотношении плотностей токов анодного и катодного полупериодов, с одновременным осаждением образующихся наночастиц оксида никеля на углеродный носитель, последующем фильтровании полученной суспензии композита, промывке композита дистиллированной водой и его высушиванием при температуре 90°С. Повышение качества получаемого материала за счет отсутствия примесей при одновременном снижении энергозатрат на его получение является техническим результатом предложенного изоретения. 4 пр.
Description
Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к приготовлению активной массы электрода с наноразмерными частицами NiO на углеродном носителе, используемого в химических источниках тока.
Известен способ приготовления композиционного материала (патент США US №2003/0235760 А1, опубл. 25.12.2003), состоящего из углерода и никеля, используемого в качестве анода в свинцовых аккумуляторных батареях. Известный способ получения соединения углерода и никеля включает приготовление водной дисперсии углерода (например, ацетиленовой сажи) с последующим добавлением водорастворимых солей никеля (например, Ni(NO3)2). Далее в полученную дисперсию при перемешивании по каплям вводится раствор NaOH для закрепления соединения никеля на поверхности углерода. Полученные твердые частицы отделяются от раствора, промываются дистиллированной водой и сушатся в течение 2 часов при температуре 120°С. Затем частицы выдерживают при температуре 300°С в присутствии воздуха в течение 30 минут для получения композиционного материала, содержащего NiO.
К недостаткам следует отнести загрязнение получаемого продукта нитрит-ионами, а также технологию введения гидроксида натрия в раствор, при котором равномерность распределения частиц NiO по поверхности углеродных нанотрубок и размер кристаллитов определяется скоростью введения раствора NaOH, а также интенсивностью перемешивания суспензии. Существенное влияние на структуру получаемых частиц NiO будет оказывать изменяющаяся (уменьшающаяся) во времени концентрация прекурсора никеля.
Известен способ получения (патент США № US 2010/0055568 А1. опубл. 04.03.2010) композиционного материала (нанокомпозита), представляющего собой оксид переходного металла (например, Ni) на углеродном носителе (например, одномерные многостенные углеродные нанотрубки), используемого в литиевых аккумуляторах и суперконденсаторах. Известный способ включает предварительное растворение сурфактанта в дистиллированной воде и перемешивание его с помощью ультразвуковой мешалки в течение 1 часа. В полученный раствор последовательно добавляют углеродные нанотрубки, перемешивая полученную суспензию в течение 3 часов, затем добавляют хлорид металла в качестве прекурсора (например NiCl2) и мочевину, размешивают 20 минут. Затем при постоянном перемешивании увеличивают температуру до 100°С и проводят термостатирование в течение 7 часов. Полученную суспензию высушивают в вакууме при температуре 100°С, после чего проводят термическую обработку при температуре 300°С.
Недостатком данного способа является длительность технологического процесса и большие энергозатраты, связанные с необходимостью использования вакуума и многократной продолжительной термообработкой в интервале температур 100-300°С.
Известен способ получения нанокомпозиционного материала, (Ji Yeong Lee, Kui Liang, Kay Hyeok An, Young Нее Lee. Nickel oxide/carbon nanotubes nanocomposite for electrochemical capacitance // Synthetic Metals, 2005, V.150, P.153-157), состоящего из оксида никеля и углеродных многостенных нанотрубок в качестве углеродного носителя, используемого в суперконденсаторах, выбранный в качестве прототипа. Способ включает предварительную подготовку нанотрубок, которая заключается в их подогреве в 68% (по массе) растворе HNO3 в течение 20 часов, их промывку и фильтрование. Далее нанотрубки перемешиваются в ультразвуковой мешалке в течение 3 часов в дистиллированной воде. В суспензию нанотрубок добавляется тетрагидроксид ацетата никеля [Ni(СН3СОО)2·4H2O] для получения 0,2 М раствора ацетата никеля. Затем туда же добавляется 0,5 М раствор гидроксида аммония. Полученная суспензия центрифугируется для отделения полученного нанокомпозита, состоящего из гидроксида никеля и нанотрубок. Нанокомпозит смешивается с дистиллированной водой в соотношении 1:1. Электроды готовят погружением подложки из никелевой пены в суспензию нанокомпозита. После высушивания на воздухе, полученные образцы отжигаются при 280-320°С в течение 1,5 часов.
Недостатком данного способа является длительность подготовительного этапа с использованием концентрированной азотной кислоты, а также загрязнение получаемого продукта посторонними ионами.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа электрохимического получения композиционного материала NiO/C, содержащего наночастицы β-NiO, объединенные в агрегаты размером 500-700 нм, позволяющего повысить качество получаемого материала за счет отсутствия примесей при одновременном снижении его стоимости за счет сокращения энергозатрат, продолжительности технологического процесса и снижения температуры термообработки.
Решение поставленной задачи достигается в предлагаемом способе электрохимического получения композиционного материала NiO/C, за счет того, что готовят раствор гидроксида одного из щелочных металлов, в который при перемешивании добавляют углеродный носитель, получают суспензию, в которой проводят процесс получения NiO/C, фильтруют, промывают и высушивают осадок, причем процесс получения NiO/C проводят электрохимическим путем, который осуществляют под действием асимметричного переменного импульсного тока частотой 50 Гц с различным соотношением плотностей токов анодного и катодного полупериодов, причем процесс проводят с использованием двух никелевых электродов, в растворах гидроксидов щелочных металлов концентрацией 0,1-17 моль/л, при этом температура суспензии 60-90°С, а высушивание композита проводят при температуре 90°С.
Предлагаемый способ электрохимического получения композиционного материала NiO/C основан на явлении электрохимического окисления и разрушения никелевых электродов в растворах гидроксидов щелочных металлов под действием тока переменной полярности с одновременным осаждением образующихся наночастиц оксида никеля на углеродный носитель.
Предлагаемый способ позволяет получить композиционный не содержащий примесей композиционный материал NiO/C, представляющий собой равномерно распределенные по поверхности углеродного носителя агломераты наночастиц β-NiO с размером наночастиц 4-8 нм.
Способ осуществляется с использованием двух одинаковых электродов, выполненных из никелевой фольги. В качестве подложки используются углеродные носители (мелкодисперсные сажи, углеродные нанотрубки, активированный уголь). В 0,1-17 моль/л раствор гидроксида щелочного металла вводится при перемешивании углеродный носитель, затем в раствор погружают параллельно друг другу электроды. В течении определенного времени на электроды подается асимметричный переменный импульсный ток частотой 50 Гц с различным соотношением анодного и катодного полупериодов. Количество получаемого оксида определяется длительностью синтеза. Температура раствора находится в пределах 60-90°С. Полученную суспензию композиционного материала фильтруют, промывают осадок бидистиллированной водой, сушат при температуре 90°С.
Реализация способа иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Композиционный материал NiO/C был изготовлен следующим способом. В раствор гидроксида натрия концентрацией 0,2 моль/л при перемешивании был введен углеродный носитель Vulkan XC-72, в количестве 2,5 г/л. Затем в раствор были погружены электроды из никелевой фольги. На электроды в течение 2 часов подавался асимметричный переменный импульсный ток с плотностью анодного и катодного полупериодов 0,5 А/см2 и 0,125 А/см2 соответственно, суспензия непрерывно перемешивалась, температура суспензии без дополнительного нагрева находилась в пределах 70-75°С. Полученную суспензию композиционного материала фильтровали, осадок промывали бидистиллированной водой, высушивали при температуре 90°С в течение 2,5 часов. Содержание наночастиц β-NiO в композиционном материале составило 60%. Размер наночастиц β-NiO составил 5-7 нм.
Пример 2.
Процесс аналогичен приведенному в Примере 1 и отличался тем, что плотность тока анодного и катодного полупериодов составляла 0,5 А/см2 и 0,25 А/см2, соответственно, ток подавался в течение 2 часов. Температура суспензии без дополнительного нагрева находилась в пределах 70-75°С. Содержание наночастиц β-NiO в композиционном материале составило 40%. Размер наночастиц β-NiO составил 4-6 нм.
Пример 3.
Процесс аналогичен приведенному в Примере 1 и отличался тем, что процесс проходил в растворе гидроксида калия концентрацией 0,5 моль/л, плотность тока анодного и катодного полупериодов составляла 0,5 А/см2 и 0,125 А/см2, соответственно, ток подавался в течение 2,5 часов, температура суспензии без дополнительного нагрева находилась в пределах 65-70°С. Содержание наночастиц β-NiO в композиционном материале составило 30%. Размер наночастиц β-NiO составил 4-6 нм.
Пример 4.
Процесс аналогичен приведенному в Примере 3 и отличался тем, что концентрация раствора гидроксида калия составляла 1 моль/л, ток подавался в течение 2,5 часов. Температура суспензии без дополнительного нагрева находилась в пределах 65-70°С. Содержание наночастиц β-NiO в композиционном материале составило 25%. Размер наночастиц β-NiO составил 5-7 нм.
На основании проведенных экспериментов можно заключить, что заявляемый способ обеспечивает получение композиционного NiO/C материала без примесей с содержанием β-NiO от 1 до 99% и размером наночастиц β-NiO 4-8 нм.
Claims (1)
- Способ электрохимического получения композиционного материала NiO/C, включающий приготовление раствора гидроксида одного из щелочных металлов, в который добавляют углеродный носитель, получают суспензию, в которой проводят процесс получения NiO/C, фильтруют, промывают и высушивают осадок, отличающийся тем, что процесс получения NiO/C проводят электрохимическим путем, который осуществляют под действием асимметричного переменного импульсного тока частотой 50 Гц с различным соотношением плотностей токов анодного и катодного полупериодов, причем процесс проводят с использованием двух никелевых электродов, в растворах гидроксидов щелочных металлов концентрацией 0,1-17 моль/л, при этом температура суспензии 60-90°С, а высушивают композит при температуре 90°С.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012118141/07A RU2501127C1 (ru) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА NiO/C |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012118141/07A RU2501127C1 (ru) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА NiO/C |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012118141A RU2012118141A (ru) | 2013-11-10 |
RU2501127C1 true RU2501127C1 (ru) | 2013-12-10 |
Family
ID=49516655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012118141/07A RU2501127C1 (ru) | 2012-05-03 | 2012-05-03 | СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА NiO/C |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2501127C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2579750C1 (ru) * | 2014-12-15 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН (ИХТТМ СО РАН) | Способ получения композиционного электродного материала |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040076466A (ko) * | 2003-02-25 | 2004-09-01 | 한국과학기술원 | 탄소나노튜브로 강화된 나노복합분말의 제조방법 |
KR100840742B1 (ko) * | 2007-10-24 | 2008-06-23 | 주식회사 쎄타텍 | 탄소나노튜브/금속 복합분말 제조방법 |
DE102007047874A1 (de) * | 2007-11-27 | 2009-05-28 | Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. | Poröser Formkörper aus Metalloxiden und Verfahren zu seiner Herstellung |
US20100055568A1 (en) * | 2008-09-04 | 2010-03-04 | Kim Dong-Wan | Transition metal oxides/multi-walled carbon nanotube nanocomposite and method for manufacturing the same |
RU2449426C1 (ru) * | 2010-10-04 | 2012-04-27 | Нина Владимировна Смирнова | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО NiО/C МАТЕРИАЛА |
-
2012
- 2012-05-03 RU RU2012118141/07A patent/RU2501127C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040076466A (ko) * | 2003-02-25 | 2004-09-01 | 한국과학기술원 | 탄소나노튜브로 강화된 나노복합분말의 제조방법 |
KR100840742B1 (ko) * | 2007-10-24 | 2008-06-23 | 주식회사 쎄타텍 | 탄소나노튜브/금속 복합분말 제조방법 |
DE102007047874A1 (de) * | 2007-11-27 | 2009-05-28 | Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. | Poröser Formkörper aus Metalloxiden und Verfahren zu seiner Herstellung |
US20100055568A1 (en) * | 2008-09-04 | 2010-03-04 | Kim Dong-Wan | Transition metal oxides/multi-walled carbon nanotube nanocomposite and method for manufacturing the same |
RU2449426C1 (ru) * | 2010-10-04 | 2012-04-27 | Нина Владимировна Смирнова | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО NiО/C МАТЕРИАЛА |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JI YEONG LEE, Kui Liang, Kay Hyeok An, Young Нее Lee. Nickel oxide/carbon nanotubes nanocomposite for electrochemical capacitance // Synthetic Metals, 2005, V.150, P.153-157. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2579750C1 (ru) * | 2014-12-15 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН (ИХТТМ СО РАН) | Способ получения композиционного электродного материала |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012118141A (ru) | 2013-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Isacfranklin et al. | Heterostructured SmCoO3/rGO composite for high-energy hybrid supercapacitors | |
Karami et al. | Synthesis of lead oxide nanoparticles by sonochemical method and its application as cathode and anode of lead-acid batteries | |
CN105720251B (zh) | 一种钠离子电池硫化锑基复合材料及其制备方法 | |
Luo et al. | Preparation of porous micro–nano-structure NiO/ZnO heterojunction and its photocatalytic property | |
WO2016150174A1 (zh) | 一种碳纳米管-石墨烯复合导电浆料及其制备方法与应用 | |
Aghazadeh et al. | Preparation, characterization and electrochemical behavior of porous sphere-like α-Ni (OH) 2 nanostructures | |
Barani et al. | Nanostructured nickel oxide ultrafine nanoparticles: Synthesis, characterization, and supercapacitive behavior | |
CN106549163A (zh) | 一种钴、氮共掺杂超薄纳米碳片的制备方法及其应用 | |
CN104591855B (zh) | 制备用于肥料的纳米碳粉的方法 | |
Hu et al. | Water-phase strategy for synthesis of TiO2–graphene composites with tunable structure for high performance photocatalysts | |
CN106711419B (zh) | 核-壳状的NiO/C多孔复合锂离子电池负极材料 | |
CN110581264B (zh) | 一种高性能镍锌电池负极活性材料及其制备方法 | |
CN108539144A (zh) | 一种超小金属有机框架纳米晶及制备方法和应用 | |
CN107017398B (zh) | 一种焦磷酸钒钠/碳复合正极材料、制备及其应用 | |
Gaikar et al. | A simple wet-chemical synthesis, reaction mechanism, and charge storage application of cobalt oxide electrodes of different morphologies | |
CN104651899B (zh) | 一种用于碳纳米管生长的金属基底的阳极化工艺 | |
RU2570070C1 (ru) | Способ получения композиционного электродного материала на основе кобальт ванадиевого оксида и оксидных соединений молибдена | |
CN104577145A (zh) | 一种铝空气电池空气电极催化剂及其制备方法 | |
Satpathy et al. | Morphology-dependent charge storage performance of Co 3 O 4 nanostructures in an all-solid-state flexible supercapacitor | |
CN105932292A (zh) | 一种Li/SOCl2电池纳米酞菁钴催化剂材料及其制备方法 | |
CN103484889B (zh) | 一种大量制备高质量少层石墨烯粉末的方法 | |
CN105819488A (zh) | 氮掺杂石墨烯负载Cu2O-CuO纳米针复合材料的制备方法 | |
CN102515147A (zh) | 一种金属四氧化三物/石墨烯纳米复合材料的制备方法 | |
RU2449426C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО NiО/C МАТЕРИАЛА | |
CN108314010B (zh) | 一种火焰法修饰的碳纳米管及其制备方法和应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170504 |