[发明专利]一种碳纳米管/氧化镍复合材料及其超级电容器

说明书

本发明提供了一种碳纳米管/氧化镍复合材料、制备方法和基于该复合材料的超级电容器。该方法通过将碳纳米管在镍盐乙醇溶液中浸渍，然后进行还原和煅烧处理过程，得到碳纳米管/氧化镍复合材料，其中，碳纳米管与氧化镍的质量比为（9:1‑2:3）。电化学测试结果表明，使用该复合材料制备的超级电容器具有良好的电容性能。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，特别涉及一种用于超级电容器电极材料的碳纳米管/氧化镍复合材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器(Supercapacitor)，即电化学电容器(Electrochemical Capacitor)，作为新型储能器件，它具有高能量密度的同时，还具备高功率密度的特点，这使它兼具充电电池和传统电容器的优点，还拥有可以快速充放电、循环寿命长（10万次以上)、工作温限宽、免维护和电压记忆性好的特点，这些优势使超级电容器在汽车、通讯、航空航天和国防科技等多个领域有很广阔的应用前景。

自发现碳纳米管以来，碳纳米管以其纳米中空、孔径窄且具有高表面积、高导电性和高稳定性的特点而备受研究者们的亲睐，碳纳米管也被认为是复合材料、催化剂材料、储氢材料和电容器材料的潜在选择，尤其是其高比表面积非常有利于其在电容方面的应用。然而，尽管碳纳米管导电性好、具有较高表面积，但仍然不能克服其容量小的缺点。因此研究者希望通过碳纳米管与过渡金属氧化物的复合来克服其缺点。在保持其良好循环性能的基础上，尽可能的提高其电容。此外，NiO由于其易制备、环境友好、低成本及较高的电容量成为金属氧化物电容器的重要选择。其在电化学窗口0.5V范围内，理论容量可达到2573F/g。因此，CNTs/NiO复合材料有可能成为一种优良的电容器材料（Pei Lin，et al. TheNickel Oxide/CNT Composites with High Capacitance for Supercapacitor. J.Electrochem. Soc. 2010 157(7): A818-A823）。

近年来，由于碳纳米管的特殊管状结构特点，研究者利用限域空间效应（Zhang,H., H. Song, et al. Preparation and electrochemical performance of SnO2@carbon nanotube core–shell structure composites as anode material forlithium-ion batteries. Electrochimica Acta (2012) 59: 160-167），制备了SnO2@CNTs的核壳结构，并在锂离子电池方面取得了不错的效果，限域空间内有利于发挥材料的性能，材料在充放电过程中的体积膨胀作用得到有效缓解，也可充分发挥碳纳米管良好的导电性，从而提高超级电容器的循环性能。目前管内填充金属氧化物的研究尚处于探索阶段，还未有有关碳纳米管内填充NiO在超级电容器领域应用的报道。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种用于超级电容器电极材料的碳纳米管/氧化镍复合材料，所述氧化镍填充在碳纳米管中，碳纳米管与氧化镍的质量比为（9:1-2:3）。

本发明还提供了所述碳纳米管/氧化镍复合材料的制备方法，包括：

步骤一：将碳纳米管在含氧酸中处理6~24h，得到酸化碳纳米管；

步骤二：将酸化碳纳米管、镍盐按质量比（1:100-1:10）溶于无水乙醇中，然后在40~80℃条件下水浴处理5~120h，将反应产物用无水乙醇反复清洗后加入硼氢化钠的乙醇溶液反应至无气泡产生为止，然后除去溶液中残余反应物，烘干，即得碳纳米管/氧化镍前驱体；

步骤三：将上述碳纳米管/氧化镍前驱体置于300~400℃马弗炉中煅烧1~24h，即得碳纳米管/氧化镍复合材料。

3、本发明进一步的优选方案是：碳纳米管/氧化镍复合材料的制备方法，其特征在于：所述硼氢化钠的乙醇溶液的浓度为（0.01g/ml-0.1g/ml）。