專利名稱：一種三維結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳/碳復(fù)合電極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用導(dǎo)電聚合物衍生的氮摻雜碳納米管為基體，由納米纖維狀的金屬氫氧化物垂直生長在碳納米管表面而構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)氫氧化鎳/碳復(fù)合材料的制備方法。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、組成優(yōu)化、合成方法集成，實現(xiàn)材料儲能性能的提高，屬于超級電容器電極材料制備的新技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著電動汽車以及各種電子設(shè)備的發(fā)展，具有良好功率特性的超級電容器受到了國內(nèi)外廣泛的關(guān)注?；趦δ軝C(jī)理的不同，超級電容器可以分為兩類一種是基于碳電極/電解液界面電荷分離所產(chǎn)生的雙電層電容；另一種是采用RuO2等貴金屬(氫)氧化物做電極的電容器，是利用(氫)氧化物電極表面及體相中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生的電容，由于該類電容的產(chǎn)生機(jī)制與雙電層電容不同并伴隨電荷的傳遞過程發(fā)生，這種電容被稱為 法拉第準(zhǔn)電容。在各種電極材料中，鎳基材料由于具有價格低廉，理論容量高等優(yōu)點受到了更多的關(guān)注。然而，這類材料在電化學(xué)過程中仍然存在性能不穩(wěn)定、電阻大、利用率低等缺點。因此，人們試圖通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、組成優(yōu)化等途徑來解決上述問題。目前的研究顯示，將碳材料與(氫)氧化鎳復(fù)合是一種提高儲能效率的良策。一般的，所選擇的基體碳材料有活性炭、碳納米管，而采用高活性的氮摻雜碳納米管是非常稀少的。考慮到三維結(jié)構(gòu)材料的構(gòu)筑存在一定的難度，本發(fā)明以導(dǎo)電聚合物衍生的碳納米管為基體，通過超聲-回流-反相微乳輔助的水熱這種集成的制備方法，實現(xiàn)一維氫氧化鎳納米纖維在這種特殊碳納米管表面的定向生長，從而獲得電容性能良好的三維結(jié)構(gòu)氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料。通過文獻(xiàn)查閱，鎳基復(fù)合材料的制備通常采用傳統(tǒng)的沉淀法、水熱法、熱解法等，但這些方法很難實現(xiàn)氫氧化鎳在碳管上定向生長。研究內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研制一種具有較好電容特性的三維結(jié)構(gòu)鎳基復(fù)合電極材料的制備方法。對比于傳統(tǒng)的沉淀法、水熱法、溶劑熱法等方法，本方法具有結(jié)構(gòu)可控性、性能優(yōu)異、重現(xiàn)性好、無污染、產(chǎn)品純度高等特點，并且非常適合制備各種三維結(jié)構(gòu)的碳基復(fù)合材料。本發(fā)明的技術(shù)方案以導(dǎo)電聚合物衍生的碳納米管為基體，蒸餾水為溶劑，通過超聲和回流，實現(xiàn)氫氧化鎳種子在碳納米管表面的形成。然后利用反相微乳輔助的水熱方法，實現(xiàn)氫氧化鎳納米纖維在碳納米管表面的原位生長，最終獲得由氫氧化鎳納米纖維垂直生長在碳納米管表面的一種可作為超級電容器電極材料的三維結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。提取操作步驟首先，將種子模板法制備的聚吡咯管熱解成氮摻雜的碳納米管。然后，將一定量的氮摻雜碳納米管和鎳鹽加入到去離子水中，超聲并回流一定時間。之后，將該混合液冷卻至室溫后，再加入一定量的預(yù)先配制的有機(jī)混合液，然后將最終的混合液轉(zhuǎn)移至水熱釜中反應(yīng)幾個小時后，得到氫氧化鎳/碳納米管復(fù)合材料。對采用本方法制備的三維氫氧化鎳/碳材料進(jìn)行超級電容器電極性能評價。在(To. 5 V的電位區(qū)間內(nèi)，在電流密度為IO mA · Cm 2時，比電容高達(dá)1398 F · g S顯示出極高的比電容。
權(quán)利要求
1.按權(quán)利要求書I所述的電極材料，其特征在于電極材料為三維結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，其中金屬氫氧化物為一維結(jié)構(gòu)的納米纖維，其垂直生長在氮摻雜的碳納米管表面；制備過程中經(jīng)歷了超聲、回流和反相微乳的水熱三個步驟。
2.按權(quán)利要求書I所述的負(fù)極材料，其特征在于制備的氫氧化鎳/碳復(fù)合物，在(To. 5 V的電位區(qū)間內(nèi)，在電流密度為10 mA*cm 2時，比電容能夠高達(dá)1398 F*g全文摘要
發(fā)明的目的是研制一種具有較好電容特性的三維結(jié)構(gòu)鎳基復(fù)合電極材料的制備方法。對比于傳統(tǒng)的沉淀法、水熱法、溶劑熱法等方法，本方法具有結(jié)構(gòu)可控性，重現(xiàn)性好，無污染，產(chǎn)品純度高等特點，并且該方法能夠擴(kuò)展到制備其它類型的三維結(jié)構(gòu)的碳基復(fù)合材料。將制備的三維結(jié)構(gòu)氫氧化鎳/碳材料組裝成三電極體系，在6MKOH電解液中進(jìn)行電容性能評價。在0~0.5V的電位區(qū)間內(nèi)，電流密度從10mA·cm 2時，比電容達(dá)到1398F·g 1，顯示出極高的比電容。因此，該材料作為超級電容器電極材料有潛在的應(yīng)用前景。
文檔編號H01G9/042GK102903530SQ201210438049
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者米紅宇, 樊劍章, 崔青霞 申請人:新疆大學(xué)