一种乙酸镍/C复合材料、其制备方法及其应用与流程

本发明属于超级电容器技术领域，尤其涉及一种乙酸镍/c复合材料、其制备方法及其应用。

背景技术：

随着经济迅猛发展，能源短缺以及环境污染等问题也随之出现。电化学超级电容器简称超级电容器，作为一种新型的储能装置在电力系统中具有广阔的应用前景。作为新型储能元件，超级电容器兼具蓄电池能量密度大和电解电容器功率密度大的优点，循环寿命长、储能效率高、充放电速度快、高低温性能好、环境友好，具有卓越的储能潜力。

电极材料是决定超级电容器性能的最重要的因素，当前商用的超级电容器以高比表面积的碳材料为主，这种材料主要基于双电层原理储存电能，具有极高的循环寿命，但是电容量和能量密度相对较低，距离实际应用的要求还有一定的距离。因此如何提高电极材料的电容量是当前超级电容器研究领域的一个关键问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种乙酸镍/c复合材料、其制备方法及其应用，本发明提供的乙酸镍/c复合材料用作超级电容器电极时电化学性能优异，具有较高的比电容量和较长的循环寿命。

本发明提供了一种乙酸镍/c复合材料，包括乙酸镍和c材料，所述c材料选自石墨烯或活性炭。

在一个实施例中，所述乙酸镍和c材料的质量比为1∶2～10。

本发明还提供了一种乙酸镍/c复合材料的制备方法，包括：

将乙酸镍、c材料和水混合水浴反应，然后进行水热反应，得到乙酸镍/c复合材料；

所述c材料选自石墨烯或活性炭。

在一个实施例中，所述水热反应的温度为50～200℃，所述水热反应的时间为2天～6天。

在一个实施例中，所述乙酸镍和石墨烯的质量比为1∶2～10。

具体而言，所述制备方法包括：

首先将乙酸镍粉末与c材料混合均匀后加入水进行水浴搅拌，搅拌速率为3000～6000r/min；搅拌8～12h后将得到的混合物移入水热反应釜进行水热反应，反应结束后，将反应产物洗涤干燥研磨，即可得到乙酸镍/c复合材料。其中，洗涤具体为利用蒸馏水和无水乙醇分别清洗2～6次。干燥温度为80～150℃，时间为8～12h；研磨速率为500～1500r/min。

上述技术方案所述的乙酸镍/c复合材料可以作为超级电容器电极材料，具有良好的电化学性能。

本发明还提供了一种超级电容器电极，包括泡沫镍和复合在所述泡沫镍上的电极材料，所述电极材料包括导电聚合物、粘合剂和上述技术方案所述的乙酸镍/c复合材料。

在一个实施例中，所述导电聚合物为聚苯胺，所述粘合剂为聚四氟乙烯。

具体而言，所述超级电容器电极可以按照以下方法制备：

将上述技术方案所述的乙酸镍/c复合材料、导电聚合物及粘合剂混合，加入乙醇后，用搅拌机搅拌1～2h，得到电极浆料；

用涂覆机将上述电极浆料均匀涂覆在泡沫镍上，在加热箱里干燥、切片、压片后得到超级电容器电极。

具体而言，乙酸镍/c复合材料、导电聚合物和粘合剂为的质量比为2∶1∶1～8∶1∶1。搅拌速率为3000～6000r/min，时间为1h～2h。干燥温度为80～120℃，干燥时间为6～12h。电极片的直径为1cm，厚为0.1～0.5cm。压片的压力为7～12mpa。

本发明还提供了一种超级电容器，包括上述技术方案所述的超级电容器电极。

本发明提供的负载了乙酸镍/c复合材料的泡沫镍支撑材料可直接用作超级电容器的工作电极。其电化学性能测试通过三电极体系进行，负载有c4h6o4ni-c纳米材料的泡沫镍作为工作电极，铂电极作为对电极，hg/hgo电极作为参比电极，3mol/l的koh水溶液作为电解液。工作电极的电化学行为通过循环伏安法测试，工作电极比电容量通过恒流充放电测试。该工作电极性能优异，具有较高的比电容量和倍率放电性能，循环稳定性能也好。实验结果表明，使用乙酸镍/c复合材料制成的超级电容器电极，其比电容可以达到50～850f/g；在恒流充放电2000次后，比电容仍然保持99.3％。

附图说明

图1为实施例1提供的泡沫镍电极在不同扫描速率下获得的循环伏安图；

图2为实施例1提供的泡沫镍电极在不同电流密度下获得的充放电曲线图；

图3为实施例1提供的泡沫镍电极的容量随循环充放电变化曲线。

具体实施方式

以下实施例中，导电聚合物为聚苯胺，粘合剂为聚四氟乙烯。

实施例1

(1)将乙酸镍与活性炭按照1∶4的质量比配比，溶解在20ml蒸馏水中，在水浴中搅拌反应8h后，将上述液体移至水热反应釜里，在50℃下反应2天，经过滤洗涤后，干燥研磨后备用；

(2)用电子天平称取0.906g由步骤(1)制备而成的c4h6o4ni/活性炭；

(3)用电子天平称取0.302g的导电聚合物以及与之等质量的粘合剂；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所称得的c4h6o4ni/活性炭、导电聚合物及粘合剂以3∶1∶1的质量比混合，加入5ml乙醇后，用搅拌机搅拌1h；

(5)将步骤(4)所得的混合物，用涂覆机均匀涂覆在泡沫镍上；

(6)将步骤(5)所得的泡沫镍，放入加热箱里以80℃干燥6h；

(7)待步骤(6)干燥完成之后，用切片机将步骤(7)所得的泡沫镍切成直径为1cm、厚0.1cm的圆形片状电极片；

(8)将步骤(7)所得的片状电极片，用压片机以5mpa的压力压片。

步骤(1)所述的洗涤方法为：分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗2次。

步骤(4)所述的搅拌速率为6000r/min。

步骤(1)所述的干燥温度为120℃，时间为6h。

步骤(1)所述的研磨机的转速为800r/min。

步骤(5)所述的泡沫镍片的规格为：长*宽*高：3cm×5cm×0.1cm。

步骤(8)所得的电极片应封装，以免变质。

对所述电极进行性能测试，结果参见图1、图2和图3，图1为实施例1提供的泡沫镍电极在不同扫描速率下获得的循环伏安图；图2为实施例1提供的泡沫镍电极在不同电流密度下获得的充放电曲线图；图3为实施例1提供的泡沫镍电极的容量随循环充放电变化曲线。由图1、图2和图3可知，本发明提供的电极具有良好的电化学性能。

该实施例制备的超级电容器电极，其比电容可以达到850f/g；在恒流充放电2000次后，比电容仍然保持99.3％。

实施例2

(1)将乙酸镍与活性炭按照1∶5的质量比配比，溶解在30ml蒸馏水中，在水浴中搅拌反应8h后，将上述液体移至水热反应釜里，在50℃下反应5天，经过滤洗涤后，干燥研磨后备用；

(2)用电子天平称取1.906g由步骤(1)制备而成的c4h6o4ni/活性炭；

(3)用电子天平称取0.381g的导电聚合物以及与之等质量的粘合剂；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所称得的c4h6o4ni/活性炭、导电聚合物及粘合剂以5∶1∶1的质量比混合，加入4ml乙醇后，用搅拌机搅拌1h；

(5)将步骤(4)所得的混合物，用涂覆机均匀涂覆在泡沫镍上；

(6)将步骤(5)所得的泡沫镍，放入加热箱里以100℃干燥6h；

(7)待步骤(6)干燥完成之后，用切片机将步骤(7)所得的泡沫镍切成直径为1cm、厚0.1cm的圆形片状电极片；

(8)将步骤(7)所得的片状电极片，用压片机以6mpa的压力压片。

步骤(1)所述的洗涤方法为：分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗3次。

步骤(4)所述的搅拌速率为5000r/min。

步骤(1)所述的干燥温度为120℃，时间为7h。

步骤(1)所述的研磨机的转速为1000r/min。

步骤(5)所述的泡沫镍片的规格为：长*宽*高：3cm×5cm×0.1cm。

步骤(8)所得的电极片应封装，以免变质。

该实施例制备的超级电容器电极，其比电容可以达到825f/g；在恒流充放电2000次后，比电容仍然保持99.4％。

实施例3

(1)将乙酸镍与活性炭按照1∶7的质量比配比，溶解在30ml蒸馏水中，在水浴中搅拌反应8h后，将上述液体移至水热反应釜里，在100℃下反应2天，经过滤洗涤后，干燥研磨后备用；

(2)用电子天平称取1.235g由步骤(1)制备而成的c4h6o4ni/活性炭；

(3)用电子天平称取0.205g的导电聚合物以及与之等质量的粘合剂；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所称得的c4h6o4ni/活性炭、导电聚合物及粘合剂以6∶1∶1的质量比混合，加入5ml乙醇后，用搅拌机搅拌1h；

(5)将步骤(4)所得的混合物，用涂覆机均匀涂覆在泡沫镍上；

(6)将步骤(5)所得的泡沫镍，放入加热箱里以90℃干燥10h；

(7)待步骤(6)干燥完成之后，用切片机将步骤(7)所得的泡沫镍切成直径为1cm、厚0.1cm的圆形片状电极片；

(8)将步骤(7)所得的片状电极片，用压片机以7mpa的压力压片。

步骤(1)所述的洗涤方法为：分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗3次。

步骤(4)所述的搅拌速率为4000r/min。

步骤(1)所述的干燥温度为110℃，时间为7h。

步骤(1)所述的研磨机的转速为1100r/min。

步骤(5)所述的泡沫镍片的规格为：长*宽*高：3cm×5cm×0.1cm。

步骤(8)所得的电极片应封装，以免变质。

该实施例制备的超级电容器电极，其比电容可以达到803f/g；在恒流充放电2000次后，比电容仍然保持99.4％。

实施例4

(1)将乙酸镍与活性炭按照1∶8的质量比配比，溶解在38ml蒸馏水中，在水浴中搅拌反应7h后，将上述液体移至水热反应釜里，在150℃下反应3天，经过滤洗涤后，干燥研磨后备用；

(2)用电子天平称取1.578g由步骤(1)制备而成的c4h6o4ni/活性炭；

(3)用电子天平称取0.225g的导电聚合物以及与之等质量的粘合剂；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所称得的c4h6o4ni/活性炭、导电聚合物及粘合剂以7∶1∶1的质量比混合，加入6ml乙醇后，用搅拌机搅拌1.5h；

(5)将步骤(4)所得的混合物，用涂覆机均匀涂覆在泡沫镍上；

(6)将步骤(5)所得的泡沫镍，放入加热箱里以100℃干燥10h；

(7)待步骤(6)干燥完成之后，用切片机将步骤(7)所得的泡沫镍切成直径为1cm、厚0.1cm的圆形片状电极片；

(8)将步骤(7)所得的片状电极片，用压片机以7mpa的压力压片。

步骤(1)所述的洗涤方法为：分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗3次。

步骤(4)所述的搅拌速率为3000r/min。

步骤(1)所述的干燥温度为80℃，时间为12h。

步骤(1)所述的研磨机的转速为900r/min。

步骤(5)所述的泡沫镍片的规格为：长*宽*高：3cm×5cm×0.1cm。

步骤(8)所得的电极片应封装，以免变质。

该实施例制备的超级电容器电极，其比电容可以达到750f/g；在恒流充放电2000次后，比电容仍然保持99.6％。

实施例5

(1)将乙酸镍与活性炭按照1∶10的质量比配比，溶解在40ml蒸馏水中，在水浴中搅拌反应9h后，将上述液体移至水热反应釜里，在200℃下反应6天，经过滤洗涤后，干燥研磨后备用；

(2)用电子天平称取2.053g由步骤(1)制备而成的c4h6o4ni/活性炭；

(3)用电子天平称取0.256g的导电聚合物以及与之等质量的粘合剂；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所称得的c4h6o4ni/活性炭、导电聚合物及粘合剂以8∶1∶1的质量比混合，加入4ml乙醇后，用搅拌机搅拌2h；

(5)将步骤(4)所得的混合物，用涂覆机均匀涂覆在泡沫镍上；

(6)将步骤(5)所得的泡沫镍，放入加热箱里以120℃干燥8h；

(7)待步骤(6)干燥完成之后，用切片机将步骤(7)所得的泡沫镍切成直径为1cm、厚0.1cm的圆形片状电极片；

(8)将步骤(7)所得的片状电极片，用压片机以8mpa的压力压片。

步骤(1)所述的洗涤方法为：分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗4次。

步骤(4)所述的搅拌速率为4500r/min。

步骤(1)所述的干燥温度为120℃，时间为8h。

步骤(1)所述的研磨机的转速为1200r/min。

步骤(5)所述的泡沫镍片的规格为：长*宽*高：3cm×5cm×0.1cm。

步骤(8)所得的电极片应封装，以免变质。

该实施例制备的超级电容器电极，其比电容可以达到768f/g；在恒流充放电2000次后，比电容仍然保持99.8％。

实施例6

(1)将乙酸镍与石墨烯按照1∶2的质量比配比，溶解在50ml蒸馏水中，在水浴中搅拌反应12h后，将上述液体移至水热反应釜里，在200℃下反应3天，经过滤洗涤后，干燥研磨后备用；

(2)用电子天平称取0.875g由步骤(1)制备而成的c4h6o4ni/石墨烯；

(3)用电子天平称取0.437g的导电聚合物以及与之等质量的粘合剂；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所称得的c4h6o4ni/石墨烯、导电聚合物及粘合剂以2∶1∶1的质量比混合，加入3ml乙醇后，用搅拌机搅拌1h；

(5)将步骤(4)所得的混合物，用涂覆机均匀涂覆在泡沫镍上；

(6)将步骤(5)所得的泡沫镍，放入加热箱里以80℃干燥6h；

(7)待步骤(6)干燥完成之后，用切片机将步骤(7)所得的泡沫镍切成直径为1cm、厚0.1cm的圆形片状电极片；

(8)将步骤(7)所得的片状电极片，用压片机以5mpa的压力压片。

步骤(1)所述的洗涤方法为：分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗2次。

步骤(4)所述的搅拌速率为3000r/min。

步骤(1)所述的干燥温度为100℃，时间为6h。

步骤(1)所述的研磨机的转速为800r/min。

步骤(5)所述的泡沫镍片的规格为：长*宽*高：3cm×5cm×0.1cm。

步骤(8)所得的电极片应封装，以免变质。

该实施例制备的超级电容器电极，其比电容可以达到589f/g；在恒流充放电2000次后，比电容仍然保持99.4％。

实施例7

(1)将乙酸镍与石墨烯按照1∶4的质量比配比，溶解在35ml蒸馏水中，在水浴中搅拌反应7h后，将上述液体移至水热反应釜里，在100℃下反应5天，经过滤洗涤后，干燥研磨后备用；

(2)用电子天平称取1.029g由步骤(1)制备而成的c4h6o4ni/石墨烯；

(3)用电子天平称取0.257g的导电聚合物以及与之等质量的粘合剂；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所称得的c4h6o4ni/石墨烯、导电聚合物及粘合剂以4∶1∶1的质量比混合，加入5ml乙醇后，用搅拌机搅拌1.5h；

(5)将步骤(4)所得的混合物，用涂覆机均匀涂覆在泡沫镍上；

(6)将步骤(5)所得的泡沫镍，放入加热箱里以120℃干燥6h；

(7)待步骤(6)干燥完成之后，用切片机将步骤(7)所得的泡沫镍切成直径为1cm、厚0.1cm的圆形片状电极片；

(8)将步骤(7)所得的片状电极片，用压片机以6mpa的压力压片。

步骤(1)所述的洗涤方法为：分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗3次。

步骤(4)所述的搅拌速率为3500r/min。

步骤(1)所述的干燥温度为90℃，时间为9h。

步骤(1)所述的研磨机的转速为1000r/min。

步骤(5)所述的泡沫镍片的规格为：长*宽*高：3cm×5cm×0.1cm。

步骤(8)所得的电极片应封装，以免变质。

该实施例制备的超级电容器电极，其比电容可以达到627f/g；在恒流充放电2000次后，比电容仍然保持99.5％。

实施例8

(1)将乙酸镍与石墨烯按照1∶6的质量比配比，溶解在50ml蒸馏水中，在水浴中搅拌反应12h后，将上述液体移至水热反应釜里，在150℃下反应4天，经过滤洗涤后，干燥研磨后备用；

(2)用电子天平称取1.326g由步骤(1)制备而成的c4h6o4ni/石墨烯；

(3)用电子天平称取0.265g的导电聚合物以及与之等质量的粘合剂；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所称得的c4h6o4ni/石墨烯、导电聚合物及粘合剂以5∶1∶1的质量比混合，加入10ml乙醇后，用搅拌机搅拌2h；

(5)将步骤(4)所得的混合物，用涂覆机均匀涂覆在泡沫镍上；

(6)将步骤(5)所得的泡沫镍，放入加热箱里以120℃干燥6h；

(7)待步骤(6)干燥完成之后，用切片机将步骤(7)所得的泡沫镍切成直径为1cm、厚0.1cm的圆形片状电极片；

(8)将步骤(7)所得的片状电极片，用压片机以7mpa的压力压片。

步骤(1)所述的洗涤方法为：分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗4次。

步骤(4)所述的搅拌速率为4000r/min。

步骤(1)所述的干燥温度为100℃，时间为8h。

步骤(1)所述的研磨机的转速为900r/min。

步骤(5)所述的泡沫镍片的规格为：长*宽*高：3cm×5cm×0.1cm。

步骤(8)所得的电极片应封装，以免变质。

该实施例制备的超级电容器电极，其比电容可以达到751f/g；在恒流充放电2000次后，比电容仍然保持99.6％。

实施例9

(1)将乙酸镍与石墨烯按照1∶8的质量比配比，溶解在40ml蒸馏水中，在水浴中搅拌反应12h后，将上述液体移至水热反应釜里，在200℃下反应3天，经过滤洗涤后，干燥研磨后备用；

(2)用电子天平称取1.891g由步骤(1)制备而成的c4h6o4ni/石墨烯；

(3)用电子天平称取0.270g的导电聚合物以及与之等质量的粘合剂；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所称得的c4h6o4ni/石墨烯、导电聚合物及粘合剂以7∶1∶1的质量比混合，加入6ml乙醇后，用搅拌机搅拌1h；

(5)将步骤(4)所得的混合物，用涂覆机均匀涂覆在泡沫镍上；

(6)将步骤(5)所得的泡沫镍，放入加热箱里以110℃干燥7h；

(7)待步骤(6)干燥完成之后，用切片机将步骤(7)所得的泡沫镍切成直径为1cm、厚0.1cm的圆形片状电极片；

(8)将步骤(7)所得的片状电极片，用压片机以7mpa的压力压片。

步骤(1)所述的洗涤方法为：分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗3次。

步骤(4)所述的搅拌速率为5000r/min。

步骤(1)所述的干燥温度为80℃，时间为12h。

步骤(1)所述的研磨机的转速为1200r/min。

步骤(5)所述的泡沫镍片的规格为：长*宽*高：3cm×5cm×0.1cm。

步骤(8)所得的电极片应封装，以免变质。

该实施例制备的超级电容器电极，其比电容可以达到814f/g；在恒流充放电2000次后，比电容仍然保持99.7％。

实施例10

(1)将乙酸镍与石墨烯按照1∶10的质量比配比，溶解在25ml蒸馏水中，在水浴中搅拌反应8h后，将上述液体移至水热反应釜里，在200℃下反应4天，经过滤洗涤后，干燥研磨后备用；

(2)用电子天平称取1.578g由步骤(1)制备而成的c4h6o4ni/石墨烯；

(3)用电子天平称取0.197g的导电聚合物以及与之等质量的粘合剂；

(4)将步骤(2)和步骤(3)所称得的c4h6o4ni/石墨烯、导电聚合物及粘合剂以8∶1∶1的质量比混合，加入7ml乙醇后，用搅拌机搅拌2h；

(5)将步骤(4)所得的混合物，用涂覆机均匀涂覆在泡沫镍上；

(6)将步骤(5)所得的泡沫镍，放入加热箱里以120℃干燥10h；

(7)待步骤(6)干燥完成之后，用切片机将步骤(7)所得的泡沫镍切成直径为1cm、厚0.1cm的圆形片状电极片；

(8)将步骤(7)所得的片状电极片，用压片机以8mpa的压力压片。

步骤(1)所述的洗涤方法为：分别用蒸馏水和无水乙醇冲洗5次。

步骤(4)所述的搅拌速率为4500r/min。

步骤(1)所述的干燥温度为120℃，时间为8h。

步骤(1)所述的研磨机的转速200r/min。

步骤(5)所述的泡沫镍片的规格为：长*宽*高：3cm×5cm×0.1cm。

步骤(8)所得的电极片应封装，以免变质。

该实施例制备的超级电容器电极，其比电容可以达到807f/g；在恒流充放电2000次后，比电容仍然保持99.8％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。