/NiO纳米颗粒的石墨烯纳米墙超级电容器电极的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种基于Ni(OH)2/NiO纳米颗粒的石墨締纳米墙超级电容器电 极，属于石墨締超级电容器材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 超级电容器（supercapacitor，ultracapaci tor)是最具应用前景的电化学储能技 术之一。又叫双电层电容器化lectrical Doule-Layer Capacitor)、电化学电容器 化lectrochemcial Capacito;r，EC)，黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。超级电 容器可W被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板 吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离 子在负极板附近，负离子在正极板附近，如图1所示，图中多孔电极板外侧为电极 化lectrode)，内侧为碳基(化rbon)材料，两个多孔电极板之间为电解液化lectrolyte)，电 解液中间设置有隔（Separator)用于阻挡正负电荷通过。超级电容器通过在电极表面形成 电解液离子的双电层结构来存储能量。由于超级电容器在充放电过程中不发生电化学反 应，因此其循环次数通常大于100万次。作为超级电容器材料，它具有较小的内阻，可实现高 倍率充放电，对电动车、手机电池等动力产品具有深远的意义。与此同时，超级电容器的存 储容量比传统电容器高出许多，因此有望成为理想的新型能量存储元件。作为超级电容器 的碳基材料需要较大的比表面积，较好的电解液浸润性、良好的导电性W及较低的内阻。过 去通常所使用的碳基材料有活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶W及碳纳米管。其中活性炭微孔 数量有限，容量较小，当活性炭比表面积达到1200mVg时，比容量不再增大。碳纳米管虽然 具有超高的比表面积，比容量也很大，但因为价格昂贵，且制作成本高，目前难W大规模生 产制备。因此运些材料目前并不是理想的超级电容器材料。
[0003] 石墨締(Gra地ene)是一种碳原子密堆积的单原子层，于2004年被英国曼彻斯特大 学的两位科学家安德烈?杰姆和克斯特亚?诺沃消洛夫共同发现，由于具有良好的透光 性、导电性和极高的机械强度而受到国内外广泛关注。经过6~7年的发展，石墨締在电子器 件、光电、能源方面具备了相当的研究与应用。石墨締是一种具有高导电性和大比容量而成 为理想的超级电容器的炭基材料，但石墨締的理论容量不高，在石墨締基电极制备过程中 容易发生堆叠现象，导致材料比表面积和离子电导率下降。因此，发展合适的制备方法，对 石墨締进行修饰或与其他材料形成复合电极材料是一种有效解决途径。
[0004] 石墨締墙充分利用了石墨締比表面积极大的优点，由大量的石墨締垂直排列于基 底上，同时避免了单层石墨締结构过于脆弱的缺点。但传统的石墨締墙由于且结构特点具 有极强的疏水性，难于用于制备超级电容器，裡离子电池等器件，应用受到限制，且单纯的 石墨締用于制备器件性能有限，需要进行纳米颗粒修饰等后续改性。
[0005] 最近Appl .Mater. Interfaces(期刊名称）.2014,6(日期），公开了一种基于电爆法 制备NiO纳米颗粒的石墨締超级电容器制备方法。但由于其工艺复杂，设备要求过高，电爆 法难于大规模应用而不适宜工业生产。现有公开号为CN102013330的发明专利申请公开了 石墨締与多孔氧化儀复合超级电容器薄膜材料，极大增加了电极比容量，但是循环性能并 不稳定。如何改善基于纳米颗粒石墨締的双电层电容器的比容量，同时保证具有高能量密 度，成为石墨締超级电容器应用的一个瓶颈。因此有必要改进W提高基于石墨締的双电层 电容器的比容量。专利公开号CN20247361抓的专利公开了一种基于等离子体化学气相沉积 的石墨締墙制备方法。但单纯的等离子体化学气相沉积制备得到石墨締墙结构差，墙与墙 之间间距较大，对于表面积的提升有限。此外，没有经过表面改性的石墨締纳米墙疏水性极 强，应用受限，后续用于制备器件的过程中，如作为电极用于制备超级电容器，裡离子电池 W及纳米颗粒的修饰，液体(如电解液)无法浸润石墨締墙内部，导致有效表面积极小。如何 更进一步改善基于等离子体化学气相沉积的石墨締墙的制备，同时进行表面改性，成为石 墨締纳米墙应用的一个瓶颈。
【发明内容】
[0006] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种石墨締纳米墙超级电容器电极，克服 现有技术中石墨締墙中墙与墙之间间距较大，对于表面积的提升有限，导致采用该结构制 成的电容器的比电容和导电率小缺陷。
[0007] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于Ni(0H)2/Ni0纳米颗粒 的石墨締纳米墙超级电容器电极，包括石墨締纳米墙阵列、集流体及Ni(0H)2/Ni0纳米颗 粒，所述Ni(0H)2/Ni0纳米颗粒生长在所述石墨締纳米墙阵列中的石墨締纳米墙上;所述石 墨締纳米墙阵列垂直生长在所述集流体上。
[000引本实用新型Ni(0H)2/Ni0纳米颗粒可W是生长在所述石墨締纳米墙内或/和石墨 締纳米墙上，可W充分填充多片所述石墨締纳米墙之间的间隙；一个石墨締纳米墙阵列可 W是多片相互平行布置的石墨締纳米墙构成。
[0009] 本实用新型的有益效果是:本实用新型所述石墨締纳米墙内或/和石墨締纳米墙 上吸附有Ni(0H)2/Ni0纳米颗粒，该结构石墨締纳米墙能在很大程度上提高电极在电解液 中的浸润;吸附于石墨締纳米墙上的Ni(0H)2/Ni0纳米颗粒分散性好，高分散，小尺寸的纳 米颗粒可提高电解液中的离子在Ni(0H)2/Ni0表面的吸附，极大的提高超级电容器的比电 容和导电率。
[0010] 本实用新型采用Ni(0H)2/Ni0作为一种过度金属氧化物具有良好的电化学特性， 超级电容器电解液中的H+和Li+，K+等离子可W在Ni(0H)2/Ni0表面发生氧化还原反应，进 而吸附于Ni (0H)2/Ni0上，出现法拉第电容;而具有纳米结构的Ni (0H)2/Ni0极大的提高了电 极的比表面积，提高电极的电法拉第歴电容特性。
[0011] 在上述技术方案的基础上，本实用新型还可W做如下改进。
[0012] 本实用新型如上所述一种基于Ni(0H)2/Ni0纳米颗粒的石墨締纳米墙超级电容器 电极，进一步，所述石墨締纳米墙阵列中的每片石墨締纳米墙由5-100层单层石墨締构成。
[0013] 本实用新型如上所述一种基于Ni(0H)2/Ni0纳米颗粒的石墨締纳米墙超级电容器 电极，进一步，所述石墨締纳米墙阵列中的每片石墨締纳米墙由20-50层单层石墨締构成。
[0014] 本实用新型如上所述一种基于Ni(0H)2/Ni0纳米颗粒的石墨締纳米墙超级电容器 电极，进一步，所述Ni(0H)2/Ni0纳米颗粒的粒径为5-lOnm。本实用新型所述Ni(0H)2/Ni0纳 米颗粒为Ni(0H)2和NiO纳米颗粒复合物。
[0015] 本实用新型还提供一种基于Ni(0H)2/Ni0纳米颗粒的石墨締纳米墙超级电容器， 可W是包括一组上述一种石墨締纳米墙超级电容器电极，其中一个上的集流体连接正电 极，另一个上的集流体连接负电极。一组上述一种石墨締纳米墙超级电容器电极之间设有 隔膜。
[0016] 本实用新型上述的一种基于Ni(0H)2/Ni0纳米颗粒的石墨締纳米墙超级电容器电 极的可W通过W下的制作方法得到，具体包括W下步骤：
[0017] 步骤1 )，采用等离子体增强化学气相沉积，含碳等离子体作为碳源，在集流体上生 长石墨締纳米墙;优选含碳等离子体为CH4作为前驱体，将Cu，Ni，Si，SiO的集流体在等离子 体增强化学气相沉积(PECVD)反应炉中加热至650-1000摄氏度，通过PECVD法在Cu，Ni，Si, SiO的集流体上生长石墨締纳米墙，生长时间可W控制为5-240分钟，可得到高度为0.5-5微 米的石墨締纳米墙；
[0018] 步骤2)，W含儀化合物作为前驱体，采用溶胶-凝胶法配置得到Ni(0H)2/Ni0纳米 颗粒溶胶；
[0019] 步骤3)，将步骤1)制备的集流体/石墨締纳米墙作为负极，W销片作为正极，将步 骤2)制备的Ni(0H)2纳米颗粒溶胶作为电解液，通过电泳将Ni(0H)2纳米颗粒沉积于石墨締 纳米墙上获得载有Ni(0H)2纳米颗粒的石墨纳米締墙；
[0020] 步骤4)，将步骤3)所述载有Ni(0H)2纳米颗粒的石墨纳米締墙