一种碱式碳酸锌超级电容器电极材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种碱式碳酸锌超级电容器电极材料及其制备方法。

背景技术：

能量储存系统是电网调峰和新能源发电的重要环节，化石燃料的不断枯竭又进一步刺激了太阳能和风能的有效储存研究。超级电容器具有高比功率，快速充/放电，以及长循环寿命的特点，而受到广泛关注。

超级电容器电极材料包括碳基材料、金属氧化物类及其复合材料。碳材料电极充放电速率性，但比电容相对较小，金属氧化物电极，比电容高但导电性较差。另一方面，通常的超级电容器电极是由活性材料、导电材料和粘结剂构成，超级电容器的内阻来自电极材料的电子阻力、电极和电流收集器的接触电阻、离子在微孔中移动的扩散阻力和电解质电阻等。其中粘结剂的存在一方面增大了电极电阻，同时还阻挡了电解质与活性材料的有效接触，自身也具有一定的重量，形成一定的死体积。

技术实现要素：

为了技术上述问题，本发明提供一种碱式碳酸锌超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将泡沫镍经酸洗去除表面氧化膜；去离子水水洗至中性并干燥；

(2)将硝酸锌、硝酸铝和尿素配制得到混合溶液。溶液中尿素的摩尔浓度0.05-0.15mol/l，硝酸锌与硝酸铝的摩尔比为5～1:1，尿素与硝酸锌、硝酸铝总量的摩尔比为5～2:1；

(3)将处理后泡沫镍放入步骤(2)的混合溶液中超声；

(4)将混合溶液和泡沫镍放入反应釜中进行水热处理；水热温度为100-140℃，水热时间为1-20小时。

(5)水热反应完成后冷却，取出泡沫镍，洗涤，干燥，得到泡沫镍表面原位生长的碱式碳酸锌复合电极材料。

进一步地，在上述技术方案中，步骤(1)中，将泡沫镍放入盐酸中浸泡超声，去除表面氧化膜，盐酸摩尔浓度为0.5-2mol/l，超声时间10-30分钟。

进一步地，在上述技术方案中，步骤(3)中，超声时间为10-30分钟，泡沫镍与混合溶液的体积比为1:2～5。

进一步地，在上述技术方案中，步骤(4)中，泡沫镍与混合溶液积比为1:2～5。

本发明提供上述制备方法得到的碱式碳酸锌超级电容器电极材料。

本发明的制备方法简单，硝酸锌、硝酸铝和沉淀剂尿素均为工业化常规试剂，环境友好成本低，易于规模化生产。泡沫镍表面原位生长的碱式碳酸锌，为二维锯齿片至有序正六边形纳米片状，这一复合电极材料在电化学测试中显示出较高的比电容和循环稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的泡沫镍表面原位生长碱式碳酸锌材料的sem图；

图2为实施例1制备的碱式碳酸锌材料xrd图；

图3为实施例2制备的制备的泡沫镍表面原位生长碱式碳酸锌材料的sem图；

图4为实施例1制备的泡沫镍表面原位生长碱式碳酸锌材料在不同扫描速率下的循环伏安曲线图；

图5为实施例2制备泡沫镍表面原位生长碱式碳酸锌材料在不同扫描速率下的循环伏安曲线图；

图6为实施例1制备的泡沫镍表面原位生长碱式碳酸锌材料的恒流充放电曲线；

图7为本发明实施例3制备的泡沫镍表面原位生长碱式碳酸锌材料的sem图；

图8为本发明实施例4制备的泡沫镍表面原位生长碱式碳酸锌材料的sem图；

图9为本发明实施例5制备的泡沫镍表面原位生长碱式碳酸锌材料的sem图。

具体实施方式

实施例中泡沫镍购自江苏嘉亿盛泡沫金属厂，厚度1.5mm。

实施例1

一种碱式碳酸锌超级电容器电极材料及其制备方法，按照以下步骤实施。

(1)将泡沫镍放入浓度为2mol/l盐酸中浸泡超声10分钟，去除表面氧化膜，去离子水水洗至中性并干燥；

(2)取硝酸锌、硝酸铝和尿素配制得到混合溶液。溶液中硝酸锌的浓度为0.01mol/l，硝酸铝的浓度为0.002mol/l，尿素的摩尔浓度0.06mol/l。

(3)将处理后泡沫镍放入步骤(2)的混合溶液中超声10分钟。泡沫镍与上述混合液的体积比为1:3。

(4)将混合溶液和泡沫镍放入反应釜中进行水热处理；泡沫镍与刻蚀液体积比为1:3，水热温度为120℃，水热时间为2小时。

(5)水热反应完成后冷却，取出泡沫镍，洗涤，干燥，得到泡沫镍表面原位生长的碱式碳酸锌复合电极材料。

图4为制备的泡沫镍表面原位生长碱式碳酸锌材料在不同扫描速率下的循环伏安曲线图；图6为制备的泡沫镍表面原位生长碱式碳酸锌材料的恒流充放电曲线；测试过程为三电极体系，以饱和甘汞电极为参比电极，以铂电极为对电极，以制备的复合电极为工作电极，电解液为6mkoh，在1a/g电流密度下恒电流充放电，其比电容可达1600f/g。

实施例2

一种碱式碳酸锌超级电容器电极材料及其制备方法，步骤同实施例1，不同的是，步骤(4)中，水热时间为8小时。图5为制备的泡沫镍表面原位生长碱式碳酸锌材料在不同扫描速率下的循环伏安曲线图。测试过程为三电极体系，以饱和甘汞电极为参比电极，以铂电极为对电极，以制备的复合电极为工作电极，电解液为6mkoh，在扫描速度为50mv/s时，比电容可达1100f/g。

实施例3

一种碱式碳酸锌超级电容器电极材料及其制备方法，步骤同实施例1，不同的是，步骤(4)中，水热时间为12小时。

实施例4

一种碱式碳酸锌超级电容器电极材料及其制备方法，步骤同实施例1，不同的是，步骤(2)中，取硝酸锌、硝酸铝和尿素配制得到混合溶液。溶液中硝酸锌的浓度为0.01mol/l，硝酸铝的浓度为0.005mol/l，尿素的摩尔浓度0.075mol/l。

实施例5

一种碱式碳酸锌超级电容器电极材料及其制备方法，步骤同实施例1，不同的是，步骤(2)中，取硝酸锌、硝酸铝和尿素配制得到混合溶液。溶液中硝酸锌的浓度为0.01mol/l，硝酸铝的浓度为0.01mol/l，尿素的摩尔浓度0.1mol/l。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种碱式碳酸锌超级电容器电极材料及其制备方法，方法包括以下步骤：(1)将泡沫镍经酸洗去除表面氧化膜；去离子水水洗至中性并干燥；(2)将硝酸锌、硝酸铝和尿素配制得到混合溶液。溶液中尿素的摩尔浓度0.05‑0.15mol/L，硝酸锌与硝酸铝的摩尔比为5～1:1，尿素与硝酸锌、硝酸铝总量的摩尔比为5～2:1；(3)将处理后泡沫镍放入步骤(2)的混合溶液中超声；(4)将混合溶液和泡沫镍放入反应釜中进行水热处理；水热温度为100‑140℃，水热时间为1‑20小时。(5)水热反应完成后冷却，取出泡沫镍，洗涤，干燥。本发明的制备方法简单，环境友好成本低，易于规模化生产。

技术研发人员：朱少敏;徐冰;李准;赵宇;王建海;邓晗;杨玉彬
受保护的技术使用者：大连交通大学
技术研发日：2018.05.30
技术公布日：2018.11.02