[发明专利]钴酸锌纳米棒/泡沫镍复合电极、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于新一代能源存储领域，特别涉及一种钴酸锌纳米棒/泡沫镍复合结构高容量超级电容器。

背景技术

随着通讯、电子设备、汽车工业和空间技术等方面迅速发展，国际能源紧缺问题已经日益突出，各国都在加紧对新能源的开发和研究。在新一代能源存储领域，超级电容器和锂离子电池是不可或缺的组成部分，迅速被广泛用于移动电话、笔记本电脑和军事设备等领域，日益扩大的电动汽车领域将给超级电容器带来更大的发展空间。相比锂离子电池，超级电容器有着其他储能元件无法比拟的功率方面的巨大优势和突出特性。超级电容器虽然有着较高的功率密度，但是在研究中不难发现高功率情况下超级电容器的电容量和能量密度是极低的，其原因在于电极本身结构单一，金属集流体与材料的导电性、接触性较差，充放电过程中由于对电极破坏较大引起表面积偏小等，这极大的制约它在今后电动汽车上有更大的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钴酸锌纳米棒/泡沫镍复合电极，同时具有大比表面积的一维钴酸锌纳米材料以及疏松多孔的泡沫镍的特性，能够有效地增加与电解液的接触面积，使电极材料更充分的参与到电化学的反应当中，使得材料拥有很好的电化学性能，并具有良好的柔性，适应未来对于柔性可折叠电池的需求。

本发明的另一目的在于提供制备上述钴酸锌纳米棒/泡沫镍复合电极的方法。

本发明的第三目的在于提供上述钴酸锌纳米棒/泡沫镍复合电极在超级电容器的应用。

一种钴酸锌纳米棒/泡沫镍复合电极，在泡沫镍片上生长有钴酸锌纳米棒。

一种制备钴酸锌纳米棒/泡沫镍复合电极的方法，具体为：将泡沫镍片浸泡在硝酸锌和硝酸钴的混合溶液中，加热至80°-150℃后保温，滴加草酸溶液，反应直到泡沫镍上生长出纳米结构前驱体，取出泡沫镍，依次清洗、烘干和煅烧得到钴酸锌纳米棒/泡沫镍复合电极。

进一步地，所述硝酸锌和硝酸钴的质量浓度分别为0.008～0.034mol/L和0.017～0.066mol/L；

进一步地，采用回流反应炉加热；

进一步地，保温1-2小时；

进一步地，在300～500℃下退火煅烧2小时。

钴酸锌纳米棒/泡沫镍复合电极在超级电容器中的应用，将其作为超级电容器的工作电极。

本发明具有以下有益效果：

①本发明采用导电性好且具有疏松多孔的独特结构的泡沫镍作为基底，在表面直接生长钴酸锌纳米材料，这样很有利于节约传统电极中所使用的导电剂和粘结剂材料，节能环保，也避免了繁琐制作电极片的过程。由于活性材料是生产在泡沫镍上的原因，所以材料与基底接触非常好，便于增强电子传输，有利于超级电容器的循环性能。这种新颖的多级复合结构具有很高的实用价值。

②所制的复合结构同时具有大比表面积的一维钴酸锌纳米材料以及疏松多孔的泡沫镍的特性，能够有效地增加与电解液的接触面积，使电极材料更充分的参与到电化学的反应当中，使得材料拥有很好的电化学性能。

③制得的复合电极具有良好的柔性，可适应未来对于柔性可折叠电池的需求；

④将本发明钴酸锌纳米棒/泡沫镍复合电极所应用的超级电容器进行性能测试，在1000次充放电循环后，电容量依旧保持为初始值的97％以上，显示该超级电容器优良的循环寿命。在20A/g的高电流密度充放电下，该超级电容器有高达1000以上的比电容量，完全适应高功率的应用；

⑤制作过程简单易行，原料低廉，只需采用简单的回流法与温度较低的退火过程，设备要求与成本都较低，适合于大规模推广生产。

附图说明

图1为纯泡沫镍的扫描电子显微镜图；

图2为长有钴酸锌纳米棒的泡沫镍复合结构的扫描电子显微镜图；

图3为放大的长有钴酸锌纳米棒的泡沫镍复合结构的扫描电子显微镜图；

图4为超级电容器循环性能测试结果图。

图5为超级电容器倍率性能测试结果图。

图6为超级电容器能量密度和功率密度测试结果图。

具体实施方式

本发明首先通过回流法制得长有锌钴氧前驱体的泡沫镍，之后再通过马弗炉退火，将前驱体充分氧化，制得长有锌钴氧棒状结构的泡沫镍。

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明：

实施例1：

①在常温下，通过充分搅拌，将硝酸锌与硝酸钴以0.017mol/L和0.033mol/L的浓度同时溶解于去离子水中，制成溶液A，并将3～4片已剪好的泡沫镍片(如图1所示)浸泡在该溶液中；