本發(fā)明涉及一種超級電容器電極材料zn摻雜nico2o4復(fù)合物及制備方法。

技術(shù)背景

目前廣泛研究的超級電容器因高比電容、長循環(huán)壽命、快速充放電速率和安全性等優(yōu)點(diǎn)，而成為一種具有重要發(fā)展前景的儲能裝置。然而，相對于電池和燃料電池，超級電容器低的能量密度嚴(yán)重制約著其未來大面積的實際應(yīng)用。

研究表明，開發(fā)新型、高性能電極材料是提高超級電容器能量密度的一種有效方法。nico2o4和znco2o4等雙金屬氧化物由于高電導(dǎo)率和法拉第可逆反應(yīng)的多個氧化態(tài)，而被認(rèn)為是新一類高性能電極材料。但單一的nico2o4或znco2o4電極材料的性能仍有待進(jìn)一步提高。在nico2o4中摻雜鋅元素被認(rèn)為是一種有效的提高nico2o4電極材料電化學(xué)性能的方法，主要因為zn能提供優(yōu)異的電導(dǎo)率和電容性能。因此，通過一種簡單的方法制備zn摻雜nico2o4電極材料對提高超級電容器性能顯得極為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種超級電容器電極材料zn摻雜nico2o4復(fù)合物及制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種超級電容器電極材料zn摻雜nico2o4復(fù)合物的制備方法，包括以下步驟：

1)含有硝酸鋅、硝酸鎳、硝酸鈷、氟化銨和尿素的混合溶液和導(dǎo)電基底經(jīng)水熱反應(yīng)，得到附著有前驅(qū)體的導(dǎo)電基底；其中，硝酸鋅、硝酸鎳、硝酸鈷的摩爾比為0.1～1:1:2；

2)煅燒附著有前驅(qū)體的導(dǎo)電基底，附著在導(dǎo)電基底上的前驅(qū)體經(jīng)煅燒轉(zhuǎn)化為zn摻雜nico2o4復(fù)合物。

步驟2)附著有前驅(qū)體的導(dǎo)電基底經(jīng)過洗滌和干燥后進(jìn)行煅燒。優(yōu)選的，用去離子水和/或乙醇進(jìn)行洗滌處理。

步驟1)中，氟化銨與硝酸鎳的摩爾比為1～20:1，尿素與硝酸鎳的摩爾比為5～30:1。

步驟1)中，水熱反應(yīng)條件為，溫度95～150℃，時長3～20小時。

步驟1)混合溶液中，硝酸鎳的濃度為0.01～0.1mmol/ml。優(yōu)選地，硝酸鎳的濃度為0.01～0.05mmol/ml。

導(dǎo)電基底為泡沫鎳、碳布、碳纖維紙或者鈦片。

步驟1)中，用于水熱反應(yīng)的導(dǎo)電基底經(jīng)清洗處理，用于水熱反應(yīng)的混合溶液為水溶液。

步驟2)中，附著有前驅(qū)體的導(dǎo)電基底在250～450℃下煅燒2～10小時。煅燒處理在馬弗爐或管式爐中進(jìn)行。

由上所述制備方法制備所得zn摻雜nico2o4復(fù)合物，是由納米線相互穿插編織成網(wǎng)狀納米片陣列，具有多孔結(jié)構(gòu)。

其中，zn摻雜nico2o4復(fù)合物中的“zn”指代鋅元素。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明制備的鋅元素?fù)诫snico2o4復(fù)合物，由納米線相互穿插編織成網(wǎng)狀納米片陣列，具有多孔結(jié)構(gòu)，有利于電解液的浸潤，提高該復(fù)合物的電化學(xué)性能。還可通過調(diào)整鋅元素?fù)诫s量，調(diào)節(jié)該復(fù)合物的電化學(xué)性能。本發(fā)明的zn摻雜nico2o4材料在電化學(xué)領(lǐng)域具有很重要的實際應(yīng)用潛能。

(2)本發(fā)明zn摻雜nico2o4復(fù)合物的制備方法，操作簡便，過程易控制，無污染。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1制備的zn摻雜nico2o4復(fù)合物的掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例進(jìn)一步示例性地詳細(xì)說明本發(fā)明。需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。

實施例1

1)稱取1mmol六水合硝酸鎳(ni(no3)2·6h2o)、2mmol六水合硝酸鈷(co(no3)2·6h2o)、0.75mmol六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)、10mmol氟化銨(nh4f)和15mmol尿素，溶解到50ml水中，并充分?jǐn)嚢瑁玫交旌先芤骸?/p>

2)將步驟1)所得混合溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中并放入一塊已經(jīng)清洗過的泡沫鎳，將反應(yīng)釜放入鼓風(fēng)干燥箱中，120℃水熱條件下反應(yīng)12小時，反應(yīng)結(jié)束后冷卻反應(yīng)釜至室溫，并取出長有前驅(qū)體的泡沫鎳，分別用去離子水和乙醇洗滌，并干燥。

3)在馬弗爐中煅燒長有前驅(qū)體的泡沫鎳，煅燒溫度為300℃，時間為2小時，附著在泡沫鎳上的前驅(qū)體經(jīng)煅燒轉(zhuǎn)化為zn摻雜nico2o4復(fù)合物。其電鏡掃描圖如圖1所示，復(fù)合物是由納米線相互穿插編織成網(wǎng)狀納米片陣列，具有多孔結(jié)構(gòu)，有利于電解液的浸潤，提高該復(fù)合物的電化學(xué)性能。

實施例2

1)稱取1mmol六水合硝酸鎳(ni(no3)2·6h2o)、2mmol六水合硝酸鈷(co(no3)2·6h2o)、0.1mmol六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)、5mmol氟化銨(nh4f)和30mmol尿素溶解到50ml水中，并充分?jǐn)嚢瑁玫交旌先芤骸?/p>

2)將步驟1)所得混合溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中并放入一塊已經(jīng)清洗過的碳布，將反應(yīng)釜放入鼓風(fēng)干燥箱中，150℃水熱條件下反應(yīng)3小時，反應(yīng)結(jié)束后冷卻反應(yīng)釜至室溫，并取出長有前驅(qū)體的泡沫鎳，分別用去離子水和乙醇洗滌，并干燥。

3)在馬弗爐中煅燒長有前驅(qū)體的泡沫鎳，煅燒溫度為450℃，時間為2小時，附著在泡沫鎳上的前驅(qū)體經(jīng)煅燒轉(zhuǎn)化為zn摻雜nico2o4復(fù)合物。該復(fù)合物具有多孔結(jié)構(gòu)，為納米線相互穿插編織成網(wǎng)狀納米片陣列。

實施例3

1)稱取1mmol六水合硝酸鎳(ni(no3)2·6h2o)、2mmol六水合硝酸鈷(co(no3)2·6h2o)、1mmol六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)、20mmol氟化銨(nh4f)和5mmol尿素溶解到50ml水中，并充分?jǐn)嚢?，得到混合溶液?/p>

2)將步驟1)所得混合溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中并放入一塊已經(jīng)清洗過的碳纖維紙，將反應(yīng)釜放入鼓風(fēng)干燥箱中，95℃水熱條件下反應(yīng)20小時，反應(yīng)結(jié)束后冷卻反應(yīng)釜至室溫，并取出長有前驅(qū)體的泡沫鎳，分別用去離子水和乙醇洗滌，并干燥。

3)在馬弗爐中煅燒長有前驅(qū)體的泡沫鎳，煅燒溫度為250℃，時間為10小時，附著在泡沫鎳上的前驅(qū)體經(jīng)煅燒轉(zhuǎn)化為zn摻雜nico2o4復(fù)合物。該復(fù)合物具有多孔結(jié)構(gòu)，為納米線相互穿插編織成網(wǎng)狀納米片陣列。

實施例4

1)稱取原料1mmol六水合硝酸鎳(ni(no3)2·6h2o)、2mmol六水合硝酸鈷(co(no3)2·6h2o)、0.45mmol六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)、2mmol氟化銨(nh4f)和25mmol尿素溶解到50ml水中，并充分?jǐn)嚢?，得到混合溶液?/p>

2)將步驟1)所得混合溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中并放入一塊已經(jīng)清洗過的泡沫鎳，將反應(yīng)釜放入鼓風(fēng)干燥箱中，100℃水熱條件下反應(yīng)10小時，反應(yīng)結(jié)束后冷卻反應(yīng)釜至室溫，并取出長有前驅(qū)體的泡沫鎳，分別用去離子水和乙醇洗滌，并干燥。

3)在馬弗爐中煅燒長有前驅(qū)體的泡沫鎳，煅燒溫度為400℃，時間為2.5小時，附著在泡沫鎳上的前驅(qū)體經(jīng)煅燒轉(zhuǎn)化為zn摻雜nico2o4復(fù)合物。該復(fù)合物具有多孔結(jié)構(gòu)，為納米線相互穿插編織成網(wǎng)狀納米片陣列。