一种超级电容器NixCo3‑xS4/NiCo2O4复合材料及其制备方法与流程

本发明属于超级电容器材料及其制备领域，特别涉及一种超级电容器nixco3-xs4/nico2o4复合材料及其制备方法。

背景技术：

随着全球经济的快速发展、化石能源的不断消耗、环境污染的日益严重，研究一种高效、低成本、环境友好、高性能的能源转换和储存系统已经显得越来越重要。超级电容器由于具有高的功率密度，快速充放电速率和长的循环寿命等优点而被认为是最有前景的下一代能量转换和储存设备。然而，和电池和燃料电池相比，超级电容器低的能量密度严重制约着其未来大面积应用。开发新型、高性能电极材料是提高超级电容器能量密度的一种有效方法。过渡金属硫化物由于具有比碳材料和导电聚合物更高的比电容而被认为是优异的电极材料。在众多的过渡金属硫化物中，nico2s4由于比单一的金属硫化物具有更优异的电导率和可为法拉第可逆反应提供多个氧化态而被认为是新一类高性能电极材料。因此，构建基于nico2s4材料的复合电极材料对提高超级电容器电化学性能具有重要意义。本发明设计并合成的nixco3-xs4@nico2o4复合材料展现出优异的电化学性能，具有很重要的应用前景。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种超级电容器nixco3-xs4/nico2o4复合材料及其制备方法，本发明所制备的超级电容器nixco3-xs4/nico2o4复合材料展现出优异的电化学性能，具有实际应用前景。

本发明的一种超级电容器nixco3-xs4/nico2o4复合材料，其特征在于：所述复合材料为

nixco3-xs4/nico2o4复合材料，其中x＝0-1。

本发明的一种超级电容器nixco3-xs4/nico2o4复合材料的制备方法，包括：

(1)六水合硝酸镍ni(no3)2·6h2o，六水合硝酸钴co(no3)2·6h2o和六次甲基四胺hmt溶于溶剂中，并充分搅拌，得到混合溶液；

(2)将上述混合溶液倒入反应釜中并放入泡沫镍，将反应釜放入鼓风干燥箱中，在90-120℃水热条件下反应3-12h，反应结束后冷却反应釜至室温，洗涤，并干燥，得到长有nixco3-xs4前驱体的泡沫镍；

(3)将上述长有nixco3-xs4前驱体的泡沫镍放入反应釜中并加入硫化钠水溶液，在100-150℃水热条件下反应2-12小时，反应结束后冷却反应釜至室温，洗涤，干燥，得到长有nixco3-xs4纳米片阵列的泡沫镍；

(4)将niso4·6h2o、coso4·6h2o和k2s2o8的溶液混合均匀，然后将上述长有nixco3-xs4纳米片阵列的泡沫镍垂直放入混合溶液中并加入氨水，保持3-20min，煅烧，即得。

所述步骤(1)中ni(no3)2·6h2o、co(no3)2·6h2o、hmt的比例为1-10mmol:1-10mmol：0.1-10g。

所述步骤(1)中溶剂为水和乙醇的混合溶液。

所述步骤(2)、(3)中反应釜均为聚四氟乙烯水热反应釜。

步骤(1)中的六水合硝酸镍ni(no3)2·6h2o和步骤(3)中硫化钠的摩尔质量比为1-10mmol：0.1-2g。

所述步骤(3)中硫化钠的质量为0.1-2g。

所述步骤(2)、(3)中洗涤为分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤。

所述步骤(4)中niso4·6h2o，coso4·6h2o和k2s2o8的摩尔比为1:2:0.4。

所述步骤(4)中混合溶液和氨水的体积比为180：5-100。

所述步骤(4)中氨水用量为5-100ml。

优选氨水量为5-50ml。

所述步骤(4)中煅烧为管式炉中煅烧，煅烧温度为350-550℃，时间为1-10小时。

有益效果

本发明研究ni和co的比例对nixco3-xs4电极材料的电化学性能影响，并以电化学性能最优异的nixco3-xs4电极材料构建复合电极材料，由于二者之间具有协同效应可以提高整个电极的电化学性能，可以满足未来实际应用的发展需求。

附图说明

图1是本发明中实施例1制备的nixco3-xs4@nico2o4(x＝1.8)复合材料的扫描电镜图(a，b)；图2是本发明中实施例1制备的nixco3-xs4@nico2o4(x＝1.8)复合材料和nixco3-xs4(x＝1.8)材料的循环伏安(a)，充放电(b)，面积比电容(c)和循环稳定性(d)图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

1)nixco3-xs4纳米片阵列的制备

(a)称取原料1.8mmol六水合硝酸镍(ni(no3)2·6h2o)，1.2mmol六水合硝酸钴(co(no3)2·6h2o)和0.8g六次甲基四胺(hmt)溶解到水(30ml)和乙醇(20ml)混合溶液中，并充分搅拌。

(b)将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水热反应釜中并放入一块已经清洗过的泡沫镍，将反应釜放入鼓风干燥箱中，95℃水热条件下反应8小时，反应结束后冷却反应釜至室温，并取出长有nixco3-xs4前驱体的泡沫镍，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤，并干燥。

(c)将上述制备的长有nixco3-xs4前驱体的泡沫镍放入聚四氟乙烯水热反应釜中并加入0.5g硫化钠水溶液，将反应釜放入鼓风干燥箱中，120℃水热条件下反应8小时，反应结束后冷却反应釜至室温，并取出长有nixco3-xs4纳米片阵列的泡沫镍，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤，并干燥。

2)nixco3-xs4/nico2o4复合材料的制备：将50ml的1mniso4·6h2o，50ml的2mcoso4·6h2o和80ml的0.25mk2s2o8混合均匀，然后将上述长有nixco3-xs4纳米片阵列的泡沫镍垂直放入混合溶液中，并加入氨水溶液(20ml)，保持8分钟后取出。最后将取出的样品放入氩气保护的管式炉中煅烧(煅烧温度为300℃，时间为2小时)，得到nixco3-xs4/nico2o4复合材料。

nico2o4纳米片均匀覆盖在nixco3-xs4材料表面，形成高度多孔结构。上述复合材料的面积比电容高达4.44f/cm²。

实施例2

1)nixco3-xs4纳米片阵列的制备

(a)称取原料1.2mmol六水合硝酸镍(ni(no3)2·6h2o)，1.8mmol六水合硝酸钴(co(no3)2·6h2o)和0.8g六次甲基四胺(hmt)溶解到水(30ml)和乙醇(20ml)混合溶液中，并充分搅拌。

(b)将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水热反应釜中并放入一块已经清洗过的泡沫镍，将反应釜放入鼓风干燥箱中，95℃水热条件下反应8小时，反应结束后冷却反应釜至室温，并取出长有nixco3-xs4前驱体的泡沫镍，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤，并干燥。

(c)将上述制备的长有nixco3-xs4前驱体的泡沫镍放入聚四氟乙烯水热反应釜中并加入1g硫化钠水溶液，将反应釜放入鼓风干燥箱中，120℃水热条件下反应8小时，反应结束后冷却反应釜至室温，并取出长有nixco3-xs4纳米片阵列的泡沫镍，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤，并干燥。

2)nixco3-xs4/nico2o4复合材料的制备：将50ml的1mniso4·6h2o，50ml的2mcoso4·6h2o和80ml的0.25mk2s2o8混合均匀，然后将上述长有nixco3-xs4纳米片阵列的泡沫镍垂直放入混合溶液中，并加入氨水溶液(50ml)，保持8分钟后取出。最后将取出的样品放入氩气保护的管式炉中煅烧(煅烧温度为300℃，时间为2小时)，得到nixco3-xs4/nico2o4复合材料。