一种纳米钴酸镍/泡沫镍复合电极及其制备方法与流程

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米nico2o4/泡沫镍复合电极及其制备方法。

背景技术：

超级电容器的性能（比电容、比功率和比能量等）主要取决于电极材料的选择。超级电容器比蓄电池最大的不足就是能量密度偏低。近年来过渡金属氧化物在电极材料领域的应用越来越广泛，nico2o4是过渡金属氧化物的代表，其独特的变电价性质能使其电容高达2000f/g，作为电容器的电极材料具有广阔的研究前景。nico2o4是尖晶石相的过渡金属复合氧化物。ni和co都是过渡元素，都是变电价元素，nico2o4是在co3o4晶体中引入ni，ni原子取代晶体中co的位置形成的。ni的加入会提高原晶体的导电性。nico2o4是尖晶石结构的氧化物，属于立方晶系，o元素占据立方体的面心立方位置，ni、co离子填隙在其八面体和四面体间隙中。目前，制备使用比较普遍的方法是水(溶剂)热法，因其具有工艺简单易行、能量消耗相对较小、且产物易于控制、反应时间较短等优点。

技术实现要素：

本发明提供了一种纳米nico2o4/泡沫镍复合电极的制备方法，具有优异的电化学性能，能够作为超级电容器电极使用。

本发明提供一种纳米nico2o4/泡沫镍复合电极的制备方法，步骤如下：

(1)将coso4·6h2o、niso4·6h2o和尿素加入到去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液a；

(2)在溶液a中加入分散剂，超声使之混合均匀，得溶液b；

(3)用镊子取一片处理好的泡沫镍小心放入溶液b中，真空抽滤2遍，使泡沫镍完全浸没到溶液b中；

(4)将溶液b与浸润的泡沫镍转移至反应釜中，在一定温度下恒温反应2-12小时；洗涤，烘干，得到前驱体与泡沫镍的复合物；

(5)将上述复合物在空气中经350-370℃恒温热处理后，得到纳米nico2o4/泡沫镍复合电极。

作为优选：步骤(1)中所述coso4·6h2o、niso4·6h2o和尿素的摩尔比为1:2:(15-25)。

作为优选：所述分散剂为氟化铵。

作为优选：步骤(4)中所述一定温度为100℃-130℃。

作为优选：步骤(3)中所述洗涤是用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次。

本发明还提供应用上述方法制备得到的纳米nico2o4/泡沫镍复合电极。

本发明还提供上述纳米nico2o4/泡沫镍复合电极在制备超级电容器中的应用。

本发明以coso4·6h2o、niso4·6h2o为母盐，以尿素为沉淀剂，以氟化铵作为表面活性剂，通过水热法制备得到前驱体后，进而制备得到一种纯度高、比表面积大的纳米nico2o4/泡沫镍复合电极，应用在超级电容器上作为电极提高了活性材料和电解液的接触面，提高了反应速率；在循环伏安曲线测试中，扫速为5mv/s时，比电容最大为1103.125f/g，扫速50mv/s时，比电容为1054.875f/g，比电容损失率为4.44%；在功率密度为2.206kw/kg时，能量密度为98.055kw/kg；其溶液内阻rs为0.15ω，电荷传递电阻rct为0.55ω；制备方法简单、产品成本低、适合大规模生产。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1中制备的纳米钴酸镍的扫描电子显微镜图片。

具体实施方式

以下的实施例仅为本发明的较优实施例，不应理解为对本发明的限定。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。实验中所用原料：coso4·6h2o、niso4·6h2o均为分析纯。

实施例1

本发明的一种纳米钴酸镍的制备方法步骤如下：

(1)用天平分别称取1mmol分析纯niso4·6h2o、2mmol分析纯coso4·6h2o和60mmol尿素，溶解在50ml去离子水中，烧杯上敷保鲜膜，充分磁力搅拌30min，得到粉色透明混合溶液a；

(2)在溶液a中加入0.2g氟化铵粉末，超声使之混合均匀，得溶液b；

(3)用镊子取一片处理好的泡沫镍小心放入溶液b中，真空抽滤2遍，使泡沫镍完全浸没到溶液b中；

(4)将溶液b与完全浸润的泡沫镍转移至100ml反应釜中，在120℃下恒温反应6小时；

（5）保温结束取出反应釜，倒掉前驱体上层清液，取出泡沫镍，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，然后将洗好的泡沫镍置于真空干燥箱内60℃下干燥24h；

(6)将干燥好的泡沫镍置于空气气氛下，350℃煅烧2h，设定升温速率为5℃/min，得到纳米nico2o4/泡沫镍试样，作为电极材料。

将上述制备的纳米nico2o4/泡沫镍复合电极进行循环伏安曲线测试，扫速为5mv/s时，比电容最大为1103.125f/g，扫速50mv/s时，比电容为1054.875f/g，比电容损失率为4.44%；在功率密度为2.206kw/kg时，能量密度为98.055kw/kg；其溶液内阻rs为0.15ω，电荷传递电阻rct为0.55ω。

实施例2

本发明的一种纳米钴酸镍的制备方法步骤如下：

（1）用天平分别称取1mmol分析纯niso4·6h2o、2mmol分析纯coso4·6h2o和45mmol尿素，溶解在50ml去离子水中，烧杯上敷保鲜膜，充分磁力搅拌30min，得到粉色透明混合溶液a；

（2）在溶液a中加入0.1g氟化铵粉末，超声使之混合均匀，得溶液b；

（3）用镊子取一片处理好的泡沫镍小心放入溶液b中，真空抽滤2遍，使泡沫镍完全浸没到溶液b中；

（4）将溶液b与完全浸润的泡沫镍转移至100ml反应釜中，在110℃下恒温反应8小时；

（5）保温结束取出反应釜，倒掉前驱体上层清液，取出泡沫镍，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，然后将洗好的泡沫镍置于真空干燥箱内60℃下干燥24h；

（6）将干燥好的泡沫镍置于空气气氛下，360℃煅烧2h，设定升温速率为5℃/min，得到纳米nico2o4/泡沫镍试样，作为电极材料。

将上述制备的纳米nico2o4/泡沫镍复合电极进行循环伏安曲线测试，扫速为5mv/s时，比电容最大为1073.245f/g，扫速50mv/s时，比电容为1024.997f/g，比电容损失率为4.54%；在功率密度为2.187kw/kg时，能量密度为97.895kw/kg；其溶液内阻rs为0.20ω，电荷传递电阻rct为0.60ω。

实施例3

本发明的一种纳米钴酸镍的制备方法步骤如下：

（1）用天平分别称取1mmol分析纯niso4·6h2o、2mmol分析纯coso4·6h2o和75mmol尿素，溶解在50ml去离子水中，烧杯上敷保鲜膜，充分磁力搅拌30min，得到粉色透明混合溶液a；

（2）在溶液a中加入0.2g氟化铵粉末，超声使之混合均匀，得溶液b；

（3）用镊子取一片处理好的泡沫镍小心放入溶液b中，真空抽滤2遍，使泡沫镍完全浸没到溶液b中；

（4）将溶液b与完全浸润的泡沫镍转移至100ml反应釜中，在120℃下恒温反应10小时；

（5）保温结束取出反应釜，倒掉前驱体上层清液，取出泡沫镍，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，然后将洗好的泡沫镍置于真空干燥箱内60℃下干燥24h；

（6）将干燥好的泡沫镍置于空气气氛下，350℃煅烧2h，设定升温速率为5℃/min，得到纳米nico2o4/泡沫镍试样，作为电极材料。

将上述制备的纳米nico2o4/泡沫镍复合电极进行循环伏安曲线测试，扫速为5mv/s时，比电容最大为1020.367f/g，扫速50mv/s时，比电容为976.987f/g，比电容损失率为4.66%；在功率密度为1.986kw/kg时，能量密度为96.095kw/kg；其溶液内阻rs为0.20ω，电荷传递电阻rct为0.85ω。

实施例4

本发明的一种纳米钴酸镍的制备方法步骤如下：

（1）用天平分别称取1mmol分析纯niso4·6h2o、2mmol分析纯coso4·6h2o和48mmol尿素，溶解在50ml去离子水中，烧杯上敷保鲜膜，充分磁力搅拌30min，得到粉色透明混合溶液a；

（2）在溶液a中加入0.2g氟化铵粉末，超声使之混合均匀，得溶液b；

（3）用镊子取一片处理好的泡沫镍小心放入溶液b中，真空抽滤2遍，使泡沫镍完全浸没到溶液b中；

（4）将溶液b与完全浸润的泡沫镍转移至100ml反应釜中，在115℃下恒温反应8小时；

（5）保温结束取出反应釜，倒掉前驱体上层清液，取出泡沫镍，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，然后将洗好的泡沫镍置于真空干燥箱内60℃下干燥24h；

（6）将干燥好的泡沫镍置于空气气氛下，360℃煅烧2h，设定升温速率为5℃/min，得到纳米nico2o4/泡沫镍试样，作为电极材料。

将上述制备的纳米nico2o4/泡沫镍复合电极进行循环伏安曲线测试，扫速为5mv/s时，比电容最大为1078.250f/g，扫速50mv/s时，比电容为1051.790f/g，比电容损失率为4.98%；在功率密度为2.106kw/kg时，能量密度为97.750kw/kg；其溶液内阻rs为0.25ω，电荷传递电阻rct为0.65ω。

实施例5

本发明的一种纳米钴酸镍的制备方法步骤如下：

(1)用天平分别称取1mmol分析纯niso4·6h2o、2mmol分析纯coso4·6h2o和65mmol尿素，溶解在50ml去离子水中，烧杯上敷保鲜膜，充分磁力搅拌30min，得到粉色透明混合溶液a；

(2)在溶液a中加入0.2g氟化铵粉末，超声使之混合均匀，得溶液b；

(3)用镊子取一片处理好的泡沫镍小心放入溶液b中，真空抽滤2遍，使泡沫镍完全浸没到溶液b中；

(4)将溶液b与完全浸润的泡沫镍转移至100ml反应釜中，在130℃下恒温反应6小时；

(5)保温结束取出反应釜，倒掉前驱体上层清液，取出泡沫镍，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，然后将洗好的泡沫镍置于真空干燥箱内60℃下干燥24h；

(6)将干燥好的泡沫镍置于空气气氛下，370℃煅烧2h，设定升温速率为5℃/min，得到纳米nico2o4/泡沫镍试样，作为电极材料。

将上述制备的纳米nico2o4/泡沫镍复合电极进行循环伏安曲线测试，扫速为5mv/s时，比电容最大为1009.675f/g，扫速50mv/s时，比电容为1050.675f/g，比电容损失率为5.01%；在功率密度为2.005kw/kg时，能量密度为96.133kw/kg；其溶液内阻rs为0.25ω，电荷传递电阻rct为0.65ω。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。