一种蜂窝状介孔磷酸钴镍电极材料及其制备方法_2

文档序号:9680008阅读:来源:国知局
超级电容器电极材料时比电容量为1062F g—SlOA g—1放电时的最高容量保持率是0.25A g一1 时的85.9%。
[0035]如图1所示,可以看出焙烧前的样品为水合磷酸钴镍的晶相,而焙烧后样品的X射线谱为无定形结构,结果证实焙烧使水合磷酸钴镍出现脱水,脱水可使样品出现均匀的蜂窝状孔。
[0036]如图2所示,获得的磷酸钴镍材料均具有蜂窝状的介孔结构,蜂窝状介孔的孔径尺寸分布较均匀,主要是因为孔径来源于结晶水和部分游离水的脱出,而这些水分子在水合磷酸钴镍中分布均匀从而得到的介孔孔径均一。
[0037]如图5所示,可以看出,曲线为典型的IV型吸脱附曲线,进一步证明了磷酸钴镍材料的介孔结构;从图6对应的磷酸钴镍材料的孔径分布曲线并结合图2的透射电子显微镜图可以看出,磷酸钴镍材料具有较均一的孔径分布,其中较小的最可几孔径为5nm,对应着磷酸钴镍材料的蜂窝状介孔孔径,另有较大的最可几孔径为14nm,对应于磷酸钴镍材料的球形颗粒之间的交织孔孔径。
[0038]如图9所示,获得的蜂窝状介孔磷酸钴镍材料作为电极材料时不同放电电流密度下的比电容量曲线可以看出,在0.25A g—1的放电电流下的比电容量为1162.2F g—S在10Ag—1时的比电容量为912.2F g—1,容量保持率为85.9 %。结果说明获得的蜂窝状介孔磷酸钴镍材料用作超级电容器电极材料具有高的比电容量和倍率放电性能。
[0039]实施例2
[0040]将醋酸钴溶于去离子水中,得到每升溶液含0.2摩尔钴的醋酸钴溶液,将醋酸镍溶于去离子水中,得到每毫升溶液含2.0摩尔镍的醋酸镍溶液,取配置好的15毫升醋酸钴溶液与1.5毫升的醋酸镍溶液混合均匀,在搅拌条件下逐滴加入每升溶液含磷酸一氢钠0.4摩尔的磷酸一氢钠水溶液,总计加入磷酸一氢钠溶液10毫升,搅拌20分钟,将混合溶液转入到100毫升的水热反应釜中,将水热放入180°C的鼓风烘箱中反应4小时。反应后自然冷却,过滤或离心分离收集固体物质,将得到的固体用乙醇和水交替洗涤5次,干燥固体得到水合磷酸钴镍粉末。将得到的水合磷酸钴镍粉末在400°C的马弗炉中焙烧2h,得到具有蜂窝状介孔结构的球形磷酸钴镍电极材料,为无定形晶相结构,颗粒尺寸为40nm,介孔磷酸钴镍的内孔平均孔径为7nm,作为超级电容器电极材料时比电容量为1409.8F g—SlOA g—1放电时的最高容量保持率是0.25A g—1时的73.2%。
[0041]如图3所示,获得的磷酸钴镍材料均具有蜂窝状的介孔结构,蜂窝状介孔的孔径尺寸分布较均匀。
[0042]如图8所示,作为电极材料时的充放电曲线可以看出,在不同充放电电流密度下,都出现了较好的赝电容特性充放电曲线。由充放电曲线计算得到的该电极材料在0.25A g—1电流电流密度下的比电容量为1409.8F g—1。
[0043]如图9所示,作为电极材料时不同放电电流密度下的比电容量曲线可以看出,电极材料在0.25A g—1的放电电流下的比电容量为1409.8F g—S在10A g—1时的比电容量为1031.8F g—1,容量保持率为73.2 %。结果说明获得的蜂窝状介孔磷酸钴镍材料用作超级电容器电极材料具有高的比电容量和倍率放电性能。
[0044]实施例3
[0045]将氯化钴溶于去离子水中,得到每升溶液含1.0摩尔钴的氯化钴溶液,将氯化镍溶于去离子水中,得到每毫升溶液含0.2摩尔镍的氯化镍溶液,取配置好的150毫升氯化钴溶液与150毫升的氯化镍溶液混合均匀,在搅拌条件下逐滴加入每升溶液含磷酸二氢钠0.5摩尔的磷酸二氢钠水溶液,总计加入磷酸二氢钠溶液240毫升,搅拌20分钟,将混合溶液转入至IJ1.0升的水热反应釜中,将水热放入160°C的真空烘箱中反应4小时。反应后自然冷却,过滤或离心分离收集固体物质,将得到的固体用乙醇和水交替洗涤5次,干燥固体得到水合磷酸钴镍粉末。将得到的水合磷酸钴镍粉末在600°C的马弗炉中焙烧0.5h,得到具有蜂窝状介孔结构的球形磷酸钴镍电极材料,为无定形晶相结构,颗粒尺寸为40nm,介孔磷酸钴镍的内孔平均孔径为5nm,作为超级电容器电极材料时比电容量为1258F g—SlOA g—1放电时的最高容量保持率是0.25A g—1时的79.6%。
[0046]如图4所示,获得的磷酸钴镍材料均具有蜂窝状的介孔结构,蜂窝状介孔的孔径尺寸分布较均匀。
[0047]如图7所示,获得的蜂窝状介孔磷酸钴镍材料作为电极材料时的循环伏安曲线可以看出在电位扫描速度为1?25mV s—1条件下都具有较明显的赝电容特性,由循环伏安曲线计算得到该电极材料在lmV s—1条件下的比电容量为1332.5 F g—1。
[0048]如图10所示,获得的蜂窝状介孔磷酸钴镍材料作为电极材料,活性炭为负极材料时充放电组装非对称超级电容器时不同电流下的充放电曲线可以看出,充放电曲线为近似于三角形的形状,说明组装的非对称电容器具有较明显的电容性质,0.7mA条件下充放电时,放电比电容达到149F g—1,即使在44.8mA的放电电流下,放电比容量仍为100.1F g-Ι,表现出良好的电容性能及倍率放电性能。
[0049]如图11所示,获得的蜂窝状介孔磷酸钴镍材料作为电极材料,活性炭为负极材料时充放电组装非对称超级电容器时不同电流下的功率密度-能量密度图可以看出,在功率密度为42.4W kg—1时,非对称电容器能量密度高达45.8Wh kg—1,即使是在2.8kW kg—1的高功率密度下,非对称电容的能量密度仍为30.7Wh kg—、该结果说明,蜂窝状介孔磷酸钴镍材料用于非对称超级电容器具有优异的性能。
[0050]实施例4
[0051]将硝酸钴溶于去离子水中,得到每升溶液含2.0摩尔钴的硝酸钴溶液,将硝酸镍溶于去离子水中,得到每毫升溶液含1.0摩尔镍的硝酸镍溶液,取配置好的1.5升硝酸钴溶液与1.5升的硝酸镍溶液混合均匀,在搅拌条件下逐滴加入每升溶液含磷酸铵0.3摩尔的磷酸铵水溶液,总计加入磷酸铵溶液1.0升,搅拌20分钟,将混合溶液转入到5.0升的水热反应釜中,将水热放入140°C的鼓风烘箱中反应8小时。反应后自然冷却,过滤或离心分离收集固体物质,将得到的固体用乙醇和水交替洗涤5次,干燥固体得到水合磷酸钴镍粉末。将得到的水合磷酸钴镍粉末在200°C的马弗炉中焙烧4h,得到具有蜂窝状介孔结构的球形磷酸钴镍电极材料,为无定形晶相结构,颗粒尺寸为50nm,介孔磷酸钴镍的内孔平均孔径为9nm,作为超级电容器电极材料时比电容量为806F g^aOA g—1放电时的最高容量保持率是0.25A g一1 时的 84.8%。
[0052]实施例5
[0053]将硫酸钴溶于去离子水中,得到每升溶液含0.2摩尔钴的硫酸钴溶液,将硫酸镍溶于去离子水中,得到每毫升溶液含0.2摩尔镍的硫酸镍溶液,取配置好的135毫升硫酸钴溶液与15毫升的硫酸镍溶液混合均匀,在搅拌条件下逐滴加入每升溶液含磷酸钾0.05摩尔的磷酸钾水溶液,总计加入磷酸钾溶液200毫升,搅拌20分钟,将混合溶液转入到500毫升的水热反应釜中,将水热放入120°C的真空烘箱中反应2小时。反应后自然冷却,过滤或离心分离收集固体物质,将得到的固体用乙醇和水交替洗涤4次,干燥固体得到水合磷酸钴镍粉末。将得到的水合磷酸钴镍粉末在200°C的马弗炉中焙烧2h,得到具有蜂窝状介孔结构的球形磷酸钴镍电极材料,为无定形晶相结构,颗粒尺寸为20nm,介孔磷酸钴镍的内孔平均孔径为10nm,作为超级电容器电极材料时比电容量为1180F g—SlOA g—1放电时的最高容量保持率是0.25A g—1时的75.6%。
[0054]实施例6
[0055]将硝酸钴溶于去离子水中,得到每升溶液含0.2摩尔钴的硝酸钴溶液,将硝酸镍溶于去离子水中,得到每毫升溶液含0.
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