[发明专利]碳包覆二氧化钛负载镍和氧化镍复合材料的超级电容器电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种超级电容器电极材料的制备方法，具体地说是一种以原位合成的碳包覆二氧化钛负载镍和氧化镍复合材料的超级电容器电极材料的制备方法。 

背景技术

随着全球经济的快速发展，化石燃料的耗尽以及越来越严重的环境问题，对于有效，清洁和可持续发展的清洁能源越来越为迫切。近年来，超级电容器（Supercapacitor）吸引了大量的关注，主要是由于他们的高功率密度大，生命周期长，能够弥补传统介电电容器（具有高功率输出）容量小和电池、燃料电池（具有高能量储存）功率密度低的缺点。传统的超级电容器电极的制备方法，是将活性物质粉末与粘结剂混合成糊状，然后涂覆在基体上（碳布、碳纸、泡沫镍），这种方法制备的电极由于粘结剂的存在会导致较低的导电性，而且部分活性物质不能与电解液接触从而成为“死面积”。为了解决这个问题，近年来，具有三维立体结构的纳米材料作为超级电容器的电极引起了广泛的研究。这种结构的电极可以使活性物质充分的接触电解液，并且一些特殊的纳米形貌也可以增加电极表面积，从而促进电荷的传递，利于能量的储存。一般来讲，超级电容器的电极材料主要包括金属氧化物、金属氢氧化物以及导电高分子聚合物等，可以发生大量的氧化还原反应。其中RuO₂是引起广泛关注的超级电容器电极材料，然而由于其昂贵的价格和Ru元素的稀缺极大程度地阻碍了其大范围的应用。在这些可以应用的超级电容器电极材料中，金属氧化物（如Co₃O₄、MnO₂、NiO、Fe₃O₄等）由于比传统的含碳材料具有较高的比电容得到了大量的研究。但是金属氧化物具有导电性差等弱点。可参阅C.Yuan，L.Yang，L.Hou，L.Shen，F.Zhang，D.Li，X.Zhang，Large-scale Co₃O₄nanoparticles growing on nickel sheets via a one-step strategy and their ultra-highly reversible redox reaction toward supercapacitors.Journal of Materials Chemistry，21(2011)18183-18185.以及L.Yu，G.Zhang，C.Yuan，X.W.Lou，Hierarchical NiCo₂O₄@MnO₂core–shell heterostructured nanowire arrays on Ni foam as high-performance supercapacitor electrodes，Chemical Communications，49(2013)137-139。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够制备出容量高、倍率性能大、循环性能好的超级电容器电极材料的碳包覆二氧化钛负载镍和氧化镍复合材料的超级电容器电极材料的制备方法。 

本发明的目的是这样实现的： 

（1）将1cm×10cm的钛片，放入管式炉中，通入5%H₂-N₂气，以升温速率为5-10℃/min，在60℃下恒温两小时，再升温到800-1000℃，通入气体丙酮90min后冷却至室温，以制备碳包覆二氧化钛（C@TiO₂）纳米线阵列；（2）以碳包覆二氧化钛纳米线阵列为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，以0.05mol·L^-1至0.5mol·L^-1的Ni(NO₃)₂和0.1mol·L^-1至2.0mol·L^-1的三乙醇胺为电解液，在电流为-0.005A cm^-2至-2.5A cm^-2的电流密度下电沉积5min至20min；（3）将步骤（2）所的产物放入体积比为(95-70):(5-30)的乙醇和水为溶剂、0.1mol·L^-1至1.0mol·L^-1的草酸为溶质的溶液中进行原位生长1-2小时；（4）将步骤（3）所的产物在200℃至300℃下煅烧3h至4h，制得碳包覆二氧化钛负载镍和氧化镍（Ni-NiO@C@TiO₂）复合材料的超级电容器电极材料。