本發(fā)明涉及電極制備，具體涉及一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、理想的電極材料應(yīng)具有電阻率低、能量密度高、物化性質(zhì)穩(wěn)定等特點。過渡金屬化合物在堿性電解液中通過法拉第氧化還原反應(yīng)可以提供較大容量，且其儲量豐富、價格便宜，常被用來制備電極材料。金屬鎳在過渡金屬中具有較高的理論容量，而泡沫鎳網(wǎng)因其在抗腐蝕、導(dǎo)電等方面具有良好的性能；具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，空隙率高、比表面大、質(zhì)量均勻，在結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)勢；而且鎳基電容材料的理論比電容較高且價格較為便宜，因此它是較理想的電極基底材料。聚苯胺材料具有許多十分理想的性能，比如具有優(yōu)秀的可加工性和柔性，具有獨特的摻雜與脫摻雜機制，具有高孔隙率，可控的分子鏈結(jié)構(gòu)以及高導(dǎo)電性。聚苯胺作為導(dǎo)電高分子聚合物被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，顯示出強大的應(yīng)用前景和商業(yè)應(yīng)用價值。

2、為了提高電極的容量，現(xiàn)有技術(shù)常將聚苯胺材料包覆在電極表面，例如有專利公開了一種聚苯胺包覆的草酸鹽自支撐電極，所述電極在導(dǎo)電基底上原位生長有草酸鹽，得到草酸鹽電極；然后在草酸鹽電極表面包覆聚苯胺，得到聚苯胺包覆的草酸鹽自支撐電極。雖然該專利能夠?qū)⒕郾桨钒苍陔姌O表面，但是是包覆的效果并不好。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提供一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料及其制備方法，本方法以泡沫鎳為基底及鎳源，先通過原位生長耦合堿體系氧化，將鎳網(wǎng)表面生長一層氧化層，然后將鎳網(wǎng)浸泡在一定濃度的苯胺溶液中，一段時間后，苯胺原位聚合于電極表面，構(gòu)建聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極。為了了解晶體的生長過程，對制備過程中電極表面形貌的變化進行sem測試；用xrd表征其組成；通過檢測并計算出電極的面積比電容、容量保持率和庫倫效率來評估電極的電化學性能；采用正交實驗法、單一變量法來探究制備方式、苯胺聚合時間及苯胺濃度對電極的電容性能的影響，并對制備條件進行了優(yōu)化。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

3、本發(fā)明的第一方面提供一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1、將泡沫鎳網(wǎng)放入草酸溶液中反應(yīng)，反應(yīng)完成后取出泡沫鎳網(wǎng)清洗、干燥；

5、s2、將處理后的泡沫鎳網(wǎng)放入堿浸泡體系中反應(yīng)，反應(yīng)完成后取出泡沫鎳網(wǎng)清洗；

6、s3、將處理后的泡沫鎳網(wǎng)置于苯胺溶液中浸泡，反應(yīng)完成后取出泡沫鎳網(wǎng)清洗、干燥，得到聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料。

7、優(yōu)選地，還包括對所述泡沫鎳網(wǎng)進行前處理的步驟s0，步驟s0包括：將所述泡沫鎳網(wǎng)依次用1~2?mol/l的鹽酸溶液、去離子水、無水乙醇進行超聲處理10~20?min，然后將所述泡沫鎳網(wǎng)于55~65℃干燥1~3h。

8、優(yōu)選地，步驟s1中，所述草酸溶液的濃度為4~5mmol/l，泡沫鎳網(wǎng)放入草酸溶液中的反應(yīng)溫度為110~130℃，反應(yīng)時間為6~10h。

9、優(yōu)選地，步驟s2中，所述堿浸泡體系由體積比為1.5~2.5:1的氫氧化鈉溶液和過二硫酸鉀溶液混合形成，所述氫氧化鈉溶液的濃度為2.5~3.5?mol/l，所述過二硫酸鉀溶液的濃度為1.8~1.9mmol/l。

10、優(yōu)選地，步驟s2中，所述氫氧化鈉溶液的濃度為2~4?mol/l，所述過二硫酸鉀溶液的濃度為1-2m?mol/l。

11、優(yōu)選地，所述堿浸泡體系由體積比為2:1的氫氧化鈉溶液和過二硫酸鉀溶液混合形成，所述氫氧化鈉溶液的濃度為3?mol/l，所述過二硫酸鉀溶液的濃度為1.85mmol/l。

12、優(yōu)選地，步驟s2中，泡沫鎳網(wǎng)放入堿浸泡體系中反應(yīng)的溫度為25~35℃，反應(yīng)的時間為4~8h。

13、優(yōu)選地，步驟s3中，所述苯胺溶液的濃度為0.05~0.15?mol/l。

14、優(yōu)選地，步驟s3中，泡沫鎳網(wǎng)置于苯胺溶液中浸泡的溫度為25~35℃，浸泡時間為1~8h。

15、本發(fā)明的第二方面提供一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料，采用上述方法制備得到。

16、本發(fā)明至少具有以下有益效果之一：

17、1、本發(fā)明將經(jīng)過原位生長制備草酸鎳，再經(jīng)過堿體系原位堿轉(zhuǎn)化形成鎳氫氧化物，最后經(jīng)過苯胺的原位聚合的方法，來制備具有高容量、良好倍率性能和優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性的超級電容器。相比現(xiàn)有技術(shù)中將聚苯胺材料直接生長在其他活性材料表面，本發(fā)明的“堿體系中氧化過程”對復(fù)合電極的制備起到關(guān)鍵性作用，將聚苯胺復(fù)合到鎳氫氧化物的外層，構(gòu)建層級結(jié)構(gòu)，可以獲得更緊密的接觸和更高的穩(wěn)定性，不僅可以顯著提高電極的面積比電容，還具有優(yōu)異的倍率性能。

18、2、本電極的制備方法不需要額外加入粘結(jié)劑和鎳源，節(jié)約成本的同時，提高了材料的利用率。

技術(shù)特征：

1.一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，還包括對所述泡沫鎳網(wǎng)進行前處理的步驟s0，步驟s0包括：將所述泡沫鎳網(wǎng)依次用1~2mol/l的鹽酸溶液、去離子水、無水乙醇進行超聲處理10~20?min，然后將所述泡沫鎳網(wǎng)于55~65℃干燥1~3h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述草酸溶液的濃度為4~5mmol/l，泡沫鎳網(wǎng)放入草酸溶液中的反應(yīng)溫度為110~130℃，反應(yīng)時間為6~10h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述堿浸泡體系由體積比為1.5~2.5:1的氫氧化鈉溶液和過二硫酸鉀溶液混合形成，所述氫氧化鈉溶液的濃度為2.5~3.5?mol/l，所述過二硫酸鉀溶液的濃度為1.8~1.9mmol/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述氫氧化鈉溶液的濃度為2~4?mol/l，所述過二硫酸鉀溶液的濃度為1-2mmol/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，所述堿浸泡體系由體積比為2:1的氫氧化鈉溶液和過二硫酸鉀溶液混合形成，所述氫氧化鈉溶液的濃度為3?mol/l，所述過二硫酸鉀溶液的濃度為1.85mmol/l。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，泡沫鎳網(wǎng)放入堿浸泡體系中反應(yīng)的溫度為25~35℃，反應(yīng)的時間為4~8h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述苯胺溶液的濃度為0.05~0.15?mol/l。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，泡沫鎳網(wǎng)置于苯胺溶液中浸泡的溫度為25~35℃，浸泡時間為1~8h。

10.一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料，其特征在于，采用權(quán)利要求1~9任一所述的方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種聚苯胺/鎳氫氧化物復(fù)合電極材料及其制備方法，涉及電極制備技術(shù)領(lǐng)域，制備方法包括：S1、將泡沫鎳網(wǎng)放入草酸溶液中反應(yīng)，反應(yīng)完成后取出泡沫鎳網(wǎng)清洗、干燥；S2、將處理后的泡沫鎳網(wǎng)放入堿浸泡體系中反應(yīng)，反應(yīng)完成后取出泡沫鎳網(wǎng)清洗；S3、將處理后的泡沫鎳網(wǎng)置于苯胺溶液中浸泡，反應(yīng)完成后取出泡沫鎳網(wǎng)清洗、干燥，即得。本發(fā)明的有益效果是相比現(xiàn)有技術(shù)中將聚苯胺材料直接生長在其他活性材料表面，本發(fā)明的“堿體系中氧化過程”對復(fù)合電極的制備起到關(guān)鍵性作用，將聚苯胺復(fù)合到鎳氫氧化物的外層，構(gòu)建層級結(jié)構(gòu)，可以獲得更緊密的接觸和更高的穩(wěn)定性，不僅可以顯著提高電極的面積比電容，還具有優(yōu)異的倍率性能。

技術(shù)研發(fā)人員：董瑞婷,羅濤朋
受保護的技術(shù)使用者：南昌師范學院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21