欧美在线观看视频网站,亚洲熟妇色自偷自拍另类,啪啪伊人网,中文字幕第13亚洲另类,中文成人久久久久影院免费观看 ,精品人妻人人做人人爽,亚洲a视频

一種超級(jí)電容器電極材料及其制備方法

文檔序號(hào):7263883閱讀:234來(lái)源:國(guó)知局
一種超級(jí)電容器電極材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超級(jí)電容器電極材料的制備方法,該方法以導(dǎo)電材料作為集流體,采用電化學(xué)沉積的方法在所述集流體表面生長(zhǎng)的鎳尖錐陣列;在所述鎳尖錐陣列表面沉積金屬氧化物納米層,得到超級(jí)電容器電極材料。本發(fā)明制備方法使用的設(shè)備投資少、能耗低,并且原料價(jià)格低廉,制備方法簡(jiǎn)便;該方法制得的電極材料具有比容量高、循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異、機(jī)械性能穩(wěn)定的特點(diǎn),通過(guò)調(diào)整工藝和原料比例,能夠針對(duì)不同的超級(jí)電容器要求定制合適的納米鎳尖錐電極材料,易于進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模的生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種超級(jí)電容器電極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域,涉及電化學(xué)技術(shù),具體涉及一種超級(jí)電容器電極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)后,能源與環(huán)境已成為全世界的兩大焦點(diǎn)問(wèn)題,能源枯竭、環(huán)境惡化等迫使尋求新型綠色能源成為必然。超級(jí)電容器作為一種綠色新型的儲(chǔ)能器件,其具有比電池更高的功率密度和更長(zhǎng)的使用壽命,比傳統(tǒng)的電容器更高的能量密度,受到了廣泛的關(guān)注。近年來(lái),超級(jí)電容器已經(jīng)成功的應(yīng)用在運(yùn)輸工具、無(wú)線通訊設(shè)備、電網(wǎng)、消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域。
[0003]超級(jí)電容器,也稱作電化學(xué)電容器,是一種介于充電電池和電容器之間的新型儲(chǔ)能器件,具有電容和二次電池的特點(diǎn)。與常規(guī)靜電電容器不同,超級(jí)電容器具有以下突出的優(yōu)點(diǎn):充電時(shí)間短(幾分鐘甚至幾秒鐘),能夠提供更高的功率容量,良好的可逆性能(90-95%甚至更高),長(zhǎng)的循環(huán)壽命OlO5次),可靠性好,成本低廉,單位體積或單位質(zhì)量的電容量要比普通電容器高20-200倍。
[0004]超級(jí)電容器按照電極材料的屬性可以分為碳材料、金屬氧化物、高分子聚合物超級(jí)電容器等類型。碳材料雖然成本較低,容易獲取,但其較低的理論容量限制了其廣泛應(yīng)用。而導(dǎo)電聚合物電極材料雖然電極導(dǎo)電性能好,比電容大,但其較差的循環(huán)性能也限制了其廣泛應(yīng)用。金屬氧化物電極材料相對(duì)兩者來(lái)講,其兼具有雙電層電容和法拉第贗電容,因此具有超高容量,加之性能穩(wěn)定,使其成為電極材料的研究熱點(diǎn)。以二氧化錳(MnO2)為例,它作為一種被廣泛應(yīng)用的超級(jí)電容器材料,由于具有高的理論比容量(1370 F/g)、綠色環(huán)保和價(jià)格低廉等特點(diǎn),被廣泛的研究和應(yīng)用。但是在特定集流體上沉積MnO2時(shí),集流體的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)嚴(yán)重影響MnO2活性物質(zhì)的充分利用以及電解液的擴(kuò)散。因此集流體的微觀形貌對(duì)電極材料的性能影響重大。
[0005]為了改善上述問(wèn)題,近期不少研究報(bào)道了在集流體表面上形成良好的微觀結(jié)構(gòu),使所沉積的金屬氧化物(如MnO2)與電解液充分接觸,從而提高其電化學(xué)性能的方案。特別是采用形成納米陣列的方法,其中,研究較多的納米陣列包括有納米線、納米管、碳纖維等。然而,這些已報(bào)道的納米陣列具有較高的高寬比(大于8:1),當(dāng)在上面沉積活性物質(zhì)后很容易發(fā)生坍縮,將導(dǎo)致電解液無(wú)法進(jìn)行有效的擴(kuò)散、活性物質(zhì)也無(wú)法充分得到利用。同時(shí)有些納米陣列基本是依靠模板法制備的,模板法過(guò)程復(fù)雜,制作成本高,不利于實(shí)際應(yīng)用。因此若所形成的納米陣列具有特定結(jié)構(gòu),能使兩者充分接觸,同時(shí)制備過(guò)程簡(jiǎn)便快捷,將有利于問(wèn)題的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于現(xiàn)有超級(jí)電容器電極材料存在的問(wèn)題,本發(fā)明提供了一種超級(jí)電容器電極材料及其制備方法,通過(guò)在鎳尖錐陣列上沉積金屬氧化物制作超級(jí)電容器電極材料的方式,制備出均勻的、具有高電化學(xué)性能和良好穩(wěn)定性的超級(jí)電容器電極材料,為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0007]—種超級(jí)電容器電極材料的制備方法,包括以下步驟:S1、以導(dǎo)電材料作為集流體,采用陰極電化學(xué)沉積方法在所述集流體表面生長(zhǎng)鎳尖錐陣列;及,S2、以步驟SI得到的表面具有鎳尖錐陣列的集流體作為工作陽(yáng)極,在該鎳尖錐陣列表面通過(guò)陽(yáng)極電化學(xué)沉積方法沉積金屬氧化物納米層,得到超級(jí)電容器電極材料。
[0008]其中,所述鎳尖錐具有4-6:1的高寬比。
[0009]所述導(dǎo)電材料為銅片、鈦片、不銹鋼片、石墨片、碳納米管紙、石墨烯紙或ITO膜;所述集流體的厚度為1-1500 μ m。
[0010]上述步驟SI中陰極電化學(xué)沉積方法的步驟為:
S1.1、將0.8-2.0moI/L的鎳鹽溶液和助劑進(jìn)行充分混合,調(diào)節(jié)溫度40-80°C及pH值3-5,得到混合物母液;所述助劑為H3BO3溶液和NH4Cl溶液,或?yàn)镠3BO3溶液和鹽酸乙二胺溶液;所述鎳鹽、H3BO3和NH4Cl的摩爾比為1:0.2-1.2:0.5-2.0,所述鎳鹽、H3BO3和鹽酸乙二胺的摩爾比為1:0.2-1.2:0.5-2.0 ;
S1.2、以泡沫鎳作為第一工作陽(yáng)極,所述集流體作為第一工作陰極,插入所述混合物母液中,在所述第一工作陽(yáng)極與第一工作陰極間通入電流,進(jìn)行電化學(xué)沉積;
51.3、將步驟S1.2沉積后的集流體取出,用去離子水沖洗,干燥,獲得的表面具有鎳尖錐陣列的集流體。
[0011]其中,所述步驟S1.1之前還包括對(duì)所述集流體表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理,將所述集流體剪成長(zhǎng)方形,將待沉積鎳尖錐陣列的表面朝下壓向拋光墊,在拋光液的作用下進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光,拋光時(shí)間為5-60分鐘。
[0012]步驟S1.1中,所述鎳鹽和助劑混合后可以進(jìn)行超聲處理,以使混合均勻。所述鎳鹽為氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、草酸鎳和乙酸鎳中的一種或幾種。
[0013]步驟S1.2中第一工作陽(yáng)極和第一工作陰極之間的距離為0.l-20cm ;第一工作陽(yáng)極與第一工作陰極間通入電流的電流密度為0.l-5A/dm2。
[0014]步驟S1.3中干燥在烘箱中進(jìn)行,干燥溫度為50_120°C。
[0015]上述步驟S2中陽(yáng)極電化學(xué)沉積方法的步驟為:
52.1、配制濃度為0.01-5mol/L的金屬鹽溶液;所述金屬鹽為二價(jià)錳鹽、二價(jià)鈷鹽、二價(jià)鐵鹽或三價(jià)釕鹽;
S2.2、將所述表面具有鎳尖錐陣列的集流體作為第二工作陽(yáng)極,與第二工作陰極均插入所述金屬鹽溶液中,在所述第二工作陽(yáng)極與第二工作陰極間施加電壓,在所述鎳尖錐陣列表面沉積金屬氧化物納米層;
S2.3、將步驟S2.2沉積后的集流體取出,用去離子水沖洗,干燥后獲得電極材料。
[0016]步驟S2.1中,所述金屬鹽溶液中的陰離子為乙酸根、硝酸根、硫酸根、氯酸根、草酸根、碳酸根、甲酸根、氯離子、醋酸根、溴酸根、碘酸根、磷酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、苯磺酸根、三氟乙酸根中的一種或幾種。
[0017]步驟S2.2中,第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極之間的距離為0.l-20cm。第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極之間的電壓為直流電壓或者方波電壓,直流電壓為1.0-20V;方波電壓參數(shù)為電壓1.0-20V、頻率500Hz -20KHz、脈沖寬度500ns_800 μ S。[0018]步驟S2.2中,所述第二工作陰極采用鉬、鐵、金、不銹鋼或碳材料制成。
[0019]步驟S2.3中干燥在烘箱中進(jìn)行,干燥溫度為50_120°C。
[0020]本發(fā)明方法制備的一種超級(jí)電容器電極材料,包括以導(dǎo)電材料制作的集流體;所述集流體表面通過(guò)陰極電化學(xué)沉積方法生長(zhǎng)有鎳尖錐陣列,所述鎳尖錐陣列表面通過(guò)陽(yáng)極電化學(xué)沉積方法均勻沉積金屬氧化物納米層;其中,所述鎳尖錐陣列中的鎳尖錐取向一致,鎳尖錐的高寬比為4-6:1 ;所述金屬氧化物納米層中的金屬氧化物呈短棒狀。
[0021]本發(fā)明超級(jí)電容器電極材料的制備方法使用的設(shè)備投資少、能耗低,并且原料價(jià)格低廉,制備方法簡(jiǎn)便;該方法制得的電極材料具有比容量高、循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異、機(jī)械性能穩(wěn)定的特點(diǎn),通過(guò)調(diào)整工藝和原料比例,能夠針對(duì)不同的超級(jí)電容器要求定制合適的納米鎳尖錐電極材料,易于進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模的生產(chǎn)。
[0022]本發(fā)明集流體表面生長(zhǎng)的鎳尖錐陣列中的鎳尖錐的高寬比為4-6:1,比現(xiàn)有納米陣列高寬比(大于8:1)大幅降低,有效地避免了該鎳尖錐陣列上面沉積的金屬氧化物發(fā)生坍縮。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是實(shí)施例1中剝落的鎳尖錐陣列的薄膜正反面與純鈦板的XRD圖;
圖2是實(shí)施例1制得的電極材料的XRD圖;
圖3-圖5是實(shí)施例1中鎳尖錐陣列的掃描電鏡圖;
圖6-圖7是實(shí)施例1制得的電極材料的掃描電鏡圖;
圖8是實(shí)施例1制得的電極材料在不同掃描圈數(shù)下對(duì)應(yīng)的循環(huán)伏安曲線圖;
圖9是實(shí)施例1制得的電極材料(MnO2沉積在鎳尖錐陣列表面(MNN))和對(duì)照樣例制得的樣品(MnO2沉積在鎳片表面(MNP))的面電容-掃描速度的關(guān)系曲線圖;
圖10是實(shí)施例1制得的電極材料在不同掃描圈數(shù)下對(duì)應(yīng)的剩余比容量百分比圖;
圖11是實(shí)施例1制得的電極材料在不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線圖;
圖12是實(shí)施例1制得的電極材料在不同電流下的恒流充放電曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例,參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
[0025]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0026]實(shí)施例1
選擇厚度約為50 μ m的鈦板,將其剪成2cmX3cm的長(zhǎng)方形,將待沉積鎳尖錐陣列的表面朝下壓向拋光墊,在拋光液的作用下進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理,在室溫下進(jìn)行拋光5分鐘,取出后用去離子水沖洗2-3次,待干燥后得到集流體,在該集流體一面貼上絕緣膠備用。
[0027]將0.8mol/L 的 NiCl2.6H20 溶液、0.16mol/L 的 H3BO3 溶液,0.4mol/L 的 NH4Cl 溶液進(jìn)行混合,混合后NiCl2.6Η20、Η3Β03和NH4Cl的摩爾比為1:0.2:0.5,超聲處理20-40分鐘后放置于40-80°C的水浴鍋中,同時(shí)將pH值調(diào)至3-5,得到混合物母液。
[0028]以泡沫鎳為第一工作陽(yáng)極、集流體為第一工作陰極插入混合物母液,第一工作陽(yáng)極和第一工作陰極之間的距離為0.1cm,在第一工作陽(yáng)極和第一工作陰極間通入電流密度為0.lA/dm2的直流電,進(jìn)行電化學(xué)沉積,沉積時(shí)間為5-10min。沉積結(jié)束后取出集流體,用去離子水沖洗3次,然后在50°C的烘箱中干燥I小時(shí),得到表面具有高度規(guī)則鎳尖錐陣列的集流體。
[0029]將乙酸錳溶解于去離子水中配制0.2-1.0mol/L的乙酸錳溶液;以制得的表面具有高度規(guī)則鎳尖錐陣列的集流體為第二工作陽(yáng)極、鉬電極為第二工作陰極插入乙酸錳溶液中,第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極之間的距離為1cm,在第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極間施加1.0V的直流電壓,在鎳尖錐陣列表面沉積MnO2納米層。沉積結(jié)束后取出集流體,用去離子水沖洗3次,然后在50°C的烘箱中干燥30分鐘,得到超級(jí)電容器電極材料,該電極材料的鎳尖錐陣列表面具有均勻MnO2納米層。調(diào)控沉積時(shí)間,鎳尖錐陣列表面形成不同厚度的MnO2納米層。
[0030]在該實(shí)施例中,沉積在鈦板上的鎳尖錐陣列薄膜可以在微小外力作用下剝落,厚度大約為10 μ m,且具有良好的力學(xué)性能。
[0031]實(shí)施例2
選擇面積為1.5cmX3cm的銅片,將待沉積鎳尖錐陣列的表面朝下壓向拋光墊,在拋光液的作用下進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理10分鐘,取出后用去離子水沖洗2-3次,取出后用去離子水沖洗2-3次,待干燥后得到集流體,在該集流體一面貼上絕緣膠備用。
[0032]將1.0mol/L 的 NiCl2.6H20 溶液、0.5mol/L 的 H3BO3 溶液,1.0mol/L 的鹽酸乙二胺溶液進(jìn)行混合,混合后NiCl2.6H20、H3BO3和鹽酸乙二胺的摩爾比為1:0.8:1,超聲處理20-40分鐘后放置于40-80°C的水浴鍋中,同時(shí)將pH值調(diào)至3_5,得到混合物母液。
[0033]以泡沫鎳為第一工作陽(yáng)極、集流體為第一工作陰極插入混合物母液,第一工作陽(yáng)極和第一工作陰極之間的距離為5cm,在第一工作陽(yáng)極和第一工作陰極間通入電流密度為
1.0A/dm2電流,該電流由頻率為500Hz、脈沖寬度為500ns的方波電壓提供,進(jìn)行電化學(xué)沉積,沉積時(shí)間為10-15min。沉積結(jié)束后取出集流體,用去離子水沖洗3次,然后在70°C的烘箱中干燥30分鐘,得到表面具有高度規(guī)則鎳尖錐陣列的集流體。
[0034]將硝酸錳溶解于去離子水中配制0.3-0.8mol/L的硝酸錳溶液;以制得的表面具有高度規(guī)則鎳尖錐陣列的集流體為第二工作陽(yáng)極、鉬電極為第二工作陰極插入硝酸錳溶液中,第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極之間的距離為5cm,在第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極間施加5.0V電壓、頻率為20KHz、脈沖寬度為800 μ s的方波電壓,在鎳尖錐陣列表面沉積MnO2納米層。沉積結(jié)束后取出集流體,用去離子水沖洗3次,然后在70°C的烘箱中干燥30分鐘,得到超級(jí)電容器電極材料,該電極材料的鎳尖錐陣列表面具有均勻MnO2納米層。調(diào)控沉積時(shí)間,鎳尖錐陣列表面形成不同厚度的MnO2納米層。
[0035]在該實(shí)施例中,采用方波電壓取代了直流電壓進(jìn)行MnO2電沉積,結(jié)果表明利用方波電壓有助于提高鎳尖錐陣列表面與MnO2納米層之間的粘結(jié)性能。
[0036]實(shí)施例3
選擇柔性石墨片作為集流體。
[0037]將1.5mol/L 的 NiCl2.6Η20 溶液、1.2mol/L 的 H3BO3 溶液,1.8mol/L 的鹽酸乙二胺溶液進(jìn)行混合,混合后NiCl2.6H20、H3BO3和鹽酸乙二胺的摩爾比為1:0.3:1.5,超聲處理20-40分鐘后放置于40-80°C的水浴鍋中,同時(shí)將pH值調(diào)至3_5,得到混合物母液。
[0038]以泡沫鎳為第一工作陽(yáng)極、集電體為第一工作陰極插入混合物母液,第一工作陽(yáng)極和第一工作陰極之間的距離為10cm,在第一工作陽(yáng)極和第一工作陰極間通入電流密度為
2.0A/dm2的直流電,進(jìn)行電化學(xué)沉積,沉積時(shí)間為5-10 min。沉積結(jié)束后取出集流體,用去離子水沖洗2次,然后在80°C的烘箱中干燥30分鐘,得到表面具有高度規(guī)則鎳尖錐陣列的集流體。
[0039]將乙酸錳溶解于去離子水中配制0.1-0.8mol/L的乙酸錳溶液;以制得的表面具有高度規(guī)則鎳尖錐陣列的集流體為第二工作陽(yáng)極、金電極為第二工作陰極插入乙酸錳溶液中,第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極之間的距離為12cm,在第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極間施加10.0V電壓、頻率為500Hz、脈沖寬度為500ns的方波電壓,在鎳尖錐陣列表面沉積MnO2納米層。沉積結(jié)束后取出集流體,用去離子水沖洗3次,然后在80°C的烘箱中干燥30分鐘,得到超級(jí)電容器電極材料,該電極材料的鎳尖錐陣列表面具有均勻MnO2納米層。調(diào)控沉積時(shí)間,鎳尖錐陣列表面形成不同厚度的MnO2納米層。
[0040]實(shí)施例4
選擇厚度為I _的石墨片作為集流體。
[0041]將1.8mol/L的乙酸鎳溶液、1.8mol/L的H3BO3溶液,2.7mol/L的鹽酸乙二胺溶液進(jìn)行混合,混合后乙酸鎳、H3BO3和鹽酸乙二胺的摩爾比為1:1:1,超聲處理30分鐘后放置于40-60°C的水浴鍋中,同時(shí)將pH值調(diào)至3-5,得到混合物母液。
[0042]以鎳板為第一工作陽(yáng)極、集流體為第一工作陰極插入混合物母液,第一工作陽(yáng)極和第一工作陰極之間的距離為15cm,在第一工作陽(yáng)極和第一工作陰極間通入電流密度為
3.0A/dm2的直流電,進(jìn)行電化學(xué)沉積,沉積時(shí)間為8-12分鐘。沉積結(jié)束后取出集流體,用去離子水沖洗2次,然后在100°C的烘箱中干燥I小時(shí),得到表面具有鎳尖錐陣列的集流體。
[0043]將RuCl3.3H20溶解于去離子水中配制0.5-1.5mol/L的RuCl3溶液;以制得的表面具有鎳尖錐陣列的集流體為第二工作陽(yáng)極、鉬電極為第二工作陰極插入RuCl3溶液中,第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極之間的距離為15cm,在第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極間施加
15.0V的直流電壓,在鎳尖錐陣列表面沉積RuO2納米層。沉積結(jié)束后取出集流體,用去離子水沖洗3次,然后在100°C的烘箱中干燥I小時(shí),得到超級(jí)電容器電極材料,該電極材料的鎳尖錐陣列表面具有均勻RuO2納米層。通過(guò)調(diào)控沉積時(shí)間,鎳尖錐陣列表面形成不同厚度的RuO2納米層。
[0044]實(shí)施例5
選擇ITO導(dǎo)電玻璃(玻璃表面濺鍍一層ITO膜)作為集流體,將ITO導(dǎo)電玻璃置于乙醇、丙酮體積比為1:1配制的混合液中進(jìn)行超聲清洗20-50分鐘,取出干燥后備用。
[0045]將2.0moI/L 的 NiCl2.6Η20 溶液、2.4mol/L 的 H3BO3 溶液,4.0moI/L 的鹽酸乙二胺溶液進(jìn)行混合,混合后NiCl2.6H20、H3BO3和鹽酸乙二胺的摩爾比為1:1:2,超聲處理30分鐘后放置于40-80°C的水浴鍋中,同時(shí)將pH值調(diào)至3-5,得到混合物母液。
[0046]以泡沫鎳為第一工作陽(yáng)極、集電體為第一工作陰極插入混合物母液,第一工作陽(yáng)極和第一工作陰極之間的距離為20cm,在第一工作陽(yáng)極和第一工作陰極間通入電流密度為
5.0A/dm2的直流電,進(jìn)行電化學(xué)沉積,沉積時(shí)間為8-14min。沉積結(jié)束后取出集流體,用去離子水沖洗2次,然后在120°C的烘箱中干燥30分鐘,得到表面具有鎳尖錐陣列的集流體。
[0047]將CoCl2.6H20溶解于去離子水中配制0.8-1.2mol/L的CoCl2溶液;以制得的表面具有鎳尖錐陣列的集流體為第二工作陽(yáng)極、鉬電極為第二工作陰極插入CoCl2溶液中,第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極之間的距離為20cm,在第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極間施加20.0V直流電壓,在鎳尖錐陣列表面沉積Co3O4納米層。沉積結(jié)束后取出集流體,用去離子水沖洗3次,然后在120°C的烘箱中干燥30分鐘,得到超級(jí)電容器電極材料,該電極材料的鎳尖錐陣列表面具有均勻Co3O4納米層。調(diào)控沉積時(shí)間,鎳尖錐陣列表面形成不同厚度的Co3O4納米層。
[0048]對(duì)照樣例
采用與實(shí)施例1類似工藝直接在鎳板上沉積MnO2作為對(duì)照樣例,具體制備過(guò)程如下。選擇厚度約為50 μ m的鎳板,將其剪成2cmX3cm的長(zhǎng)方形,將鎳板表面朝下壓向拋光墊,在拋光液的作用下進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理,室溫下進(jìn)行拋光5分鐘。取出后用去離子水沖洗2-3次,待干燥后得到集流體,在該集流體一面貼上絕緣膠備用。
[0049]將乙酸錳溶解于去離子水中配制0.2-1.0mol/L的乙酸錳溶液;以集流體為工作陽(yáng)極、鉬電極為工作陰極插入乙酸錳溶液中,工作陽(yáng)極和工作陰極之間的距離為1cm,施加
1.0V的直流電壓,在鎳板表面沉積MnO2納米層。沉積結(jié)束后取出集流體,用去離子水沖洗3次,然后在50°C的烘箱中干燥30分鐘,得到超級(jí)電容器電極材料對(duì)照樣例,該對(duì)照樣例電極材料的表面具有MnO2納米層。調(diào)控沉積時(shí)間,鎳板表面形成不同厚度的MnO2沉積層。
[0050]以下結(jié)合附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0051]圖1所示為實(shí)施例1中剝落的鎳尖錐陣列的薄膜正反面及純鈦板的XRD圖,可以看出剝落的鎳尖錐薄膜正反面的衍射峰與純鎳的衍射峰吻合良好,而與純鈦板的衍射峰完全不吻合,因此證明剝落的鎳尖錐薄膜是純鎳,沒(méi)有摻雜鈦元素。
[0052]圖2為實(shí)施例1制得的電極材料的XRD圖,從圖上可以觀察到明顯的鎳尖錐的衍射峰,同時(shí)還可以觀察到有幾個(gè)MnO2的特征峰,證明鎳尖錐上確實(shí)沉積了 Μη02。
[0053]圖3-圖5為實(shí)施例1中以鈦板為集流體生長(zhǎng)的鎳尖錐陣列的掃描電鏡圖,從圖中可以看出在大范圍內(nèi),鎳尖錐生長(zhǎng)情況良好,取向一致,具有4-6:1的高寬比。
[0054]圖6-圖7分別為實(shí)施例1中以鈦板為集流體生長(zhǎng)的鎳尖錐陣列及其表面沉積MnO2的掃描電鏡圖,從MnO2沉積情況來(lái)看,MnO2呈短棒狀,且均勻沉積于鎳尖錐表面。
[0055]圖8、圖10-圖12分別為實(shí)施例1制得的電極材料在不同掃描圈數(shù)下的循環(huán)伏安曲線、不同掃描圈數(shù)下對(duì)應(yīng)剩余比容量百分比曲線、不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線及不同電流下的恒流充放電曲線,圖9為實(shí)施例1制得的電極材料和對(duì)照樣例I制得的樣品在不同掃描圈數(shù)下對(duì)應(yīng)面電容-掃描速度關(guān)系曲線圖,從圖8-圖12可以看出鎳尖錐陣列表面具有均勻MnO2納米層的電極材料有突出的電化學(xué)性能,從圖9可以看出明顯優(yōu)于對(duì)照樣例I制得的在鎳板表面直接沉積MnO2納米層的樣品的電化學(xué)性能。
[0056]以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了詳細(xì)的說(shuō)明,這些具體的描述不能認(rèn)為本發(fā)明僅僅限于這些實(shí)施例的內(nèi)容。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思、這些描述并結(jié)合本領(lǐng)域公知常識(shí)做出的任何改進(jìn)、等同替代方案,均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超級(jí)電容器電極材料的制備方法,其特征在于包括以下步驟: S1、以導(dǎo)電材料作為集流體,采用陰極電化學(xué)沉積方法在所述集流體表面生長(zhǎng)鎳尖錐陣列;S2、以步驟SI得到的表面具有鎳尖錐陣列的集流體作為工作陽(yáng)極,在該鎳尖錐陣列表面通過(guò)陽(yáng)極電化學(xué)沉積方法沉積金屬氧化物納米層,得到超級(jí)電容器電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,步驟SI中所述陰極電化學(xué)沉積方法步驟為: S1.1、將0.8-2.0moI/L的鎳鹽溶液和助劑進(jìn)行充分混合,調(diào)節(jié)溫度40-80°C及pH值3-5,得到混合物母液;所述助劑為H3BO3溶液和NH4Cl溶液,或?yàn)镠3BO3溶液和鹽酸乙二胺溶液;所述鎳鹽、H3BO3和NH4Cl的摩爾比為1:0.2-1.2:0.5-2.0,所述鎳鹽、H3BO3和鹽酸乙二胺的摩爾比為1:0.2-1.2:0.5-2.0 ; S1.2、以泡沫鎳作為第一工作陽(yáng)極,所述集流體作為第一工作陰極,插入所述混合物母液中,在所述第一工作陽(yáng)極與第一工作陰極間通入電流,進(jìn)行電化學(xué)沉積; 51.3、將步驟S1.2沉積后的集流體取出,用去離子水沖洗,干燥,獲得表面具有鎳尖錐陣列的集流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,所述步驟S1.1之前還包括對(duì)所述集流體表面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光處理,拋光時(shí)間為5-60分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,所述步驟S1.1中所述鎳鹽和助劑混合后進(jìn)行超聲處理,以使混合均 勻;所述鎳鹽為氯化鎳、硝酸鎳、硫酸鎳、草酸鎳和乙酸鎳中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其特征在于,步驟S2中所述陽(yáng)極電化學(xué)沉積方法步驟為: 52.1、配制濃度為0.01-5mol/L的金屬鹽溶液;所述金屬鹽為二價(jià)錳鹽、二價(jià)鈷鹽、二價(jià)鐵鹽或三價(jià)釕鹽; S2.2、將所述表面具有鎳尖錐陣列的集流體作為第二工作陽(yáng)極,與第二工作陰極均插入所述金屬鹽溶液中,在所述第二工作陽(yáng)極與第二工作陰極間施加電壓,在所述鎳尖錐陣列表面沉積金屬氧化物納米層; S2.3、將步驟S2.2沉積后的集流體取出,用去離子水沖洗,干燥后獲得所述電極材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其特征在于,所述步驟S2.1中所述金屬鹽溶液中的陰離子為乙酸根、硝酸根、硫酸根、氯酸根、草酸根、碳酸根、甲酸根、氯離子、醋酸根、溴酸根、碘酸根、磷酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、苯磺酸根、三氟乙酸根中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其特征在于,所述第一工作陽(yáng)極和第一工作陰極之間的距離為0.l-20cm,所述第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極之間的距離為0.l-20cm ;所述干燥在烘箱中進(jìn)行,干燥溫度為50-120°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其特征在于,所述步驟S1.2中所述第一工作陽(yáng)極與第一工作陰極間通入電流的電流密度為0.l-5A/dm2 ;所述步驟S2.2中所述第二工作陽(yáng)極和第二工作陰極之間的電壓為1-20V直流電壓或者方波電壓,該方波電壓的頻率為500Hz-20KHz,脈沖寬度為 500ns_800 μ S。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述導(dǎo)電材料為銅片、鈦片、不銹鋼片、石墨片、碳納米管紙、石墨烯紙或ITO膜;所述集流體的厚度為1-1500 μ m。
10.一種超級(jí)電容器電極材料,所述電極材料包括以導(dǎo)電材料制作的集流體;其特征在于,所述集流體表面通過(guò)陰極電化學(xué)沉積方法生長(zhǎng)有鎳尖錐陣列,所述鎳尖錐陣列表面通過(guò)陽(yáng)極電化學(xué)沉積方法均勻沉積金屬氧化物納米層;其中,所述鎳尖錐陣列中的鎳尖錐取向一致,鎳尖錐的高寬比 為4-6:1 ;所述金屬氧化物納米層中的金屬氧化物呈棒狀。
【文檔編號(hào)】H01G11/86GK103489661SQ201310393145
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】楊誠(chéng), 蘇滋津, 謝炳河, 張哲旭 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院
網(wǎng)友詢問(wèn)留言 已有0條留言
  • 還沒(méi)有人留言評(píng)論。精彩留言會(huì)獲得點(diǎn)贊!
1
哈尔滨市| 洞口县| 高州市| 昌吉市| 桦甸市| 林州市| 乌拉特前旗| 彭山县| 蓬莱市| 科技| 洞口县| 弥渡县| 榆树市| 平江县| 伊宁县| 仁怀市| 通江县| 余江县| 枝江市| 孙吴县| 宁城县| 深水埗区| 泽库县| 华容县| 苏尼特右旗| 商水县| 无锡市| 海南省| 大厂| 横山县| 临江市| 泰宁县| 综艺| 深泽县| 台东县| 屯昌县| 观塘区| 万载县| 南投市| 锦州市| 三门县|