[发明专利]一种镍‑钴双氢氧化物/NiCo2S4复合纳米材料、其制备方法及作为超级电容器电极材料的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍-钴双氢氧化物/NiCo₂S₄复合纳米材料、其制备方法及作为超级电容器电极材料的应用。

背景技术

近几年来，超级电容器技术的发展引起了人们的广泛关注，并成功应用在消费电子类产品、能源交通 (电动汽车、太阳能和风能储能)、功率补偿等领域,其市场规模正在快速扩大。超级电容器的发展始于20 世纪60年代，在20世纪90年代伴随着混合电动汽车的兴起，受到了广泛的关注并开始迅速发展起来。超级电容器对于电能的存储能力介于传统电容器和二次电池之间,与传统电容器相比，它具有更高的能量密度；跟二次电池相比，它具有较宽的工作温度范围和极长的使用寿命。因此，超级电容器结合了传统电容器与二次电池的优点，具有广阔的应用前景。

超级电容器根据电能的储存与转化机理可分为双电层电容器和赝电容器。赝电容器是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，正极和负极表面分别以氧化/还原反应为基础或以有机半导体聚合物表面掺杂不同电荷的离子为基础，产生与电极充电电位有关的电容。在相同的电极面积的情况下，容量是双电层电容的10—100倍。

电极材料是决定超级电容器性能的最重要的因素。纳米材料具有高的比表面积，可为电解质离子的自由迁移提供了充足的空间，进而提高材料的电容量以及利用率。最近十几年，碳材料、金属氧化物、导电聚合物等不同类型的材料成为超级电容器电极材料研究的主要目标。

当前商用的超级电容器以高比表面积的碳材料为主，这种材料主要基于双电层原理储存电能，具有极高的循环寿命，但是电容量和能量密度相对较低，距离实际应用的要求还有一定的距离。因此如何提高电极材料的电容量是当前超级电容器研究领域的一个关键的问题。

过渡金属氧化物和硫化物为主的赝电容电极材料的工作原理，是基于电解液离子与电极活性物质发生快速的氧化还原反应，其理论电容量比基于双电层原理的碳材料要高得多，因此成为当前超级电容器电极材料研究的重点。NiCo₂S₄具有优良的导电性能和丰富的氧化还原特性，被广泛应用于超级电容器电极材料。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供了一种镍-钴双氢氧化物/NiCo₂S₄复合纳米材料，在镍-钴双氢氧化物纳米片的表面形成更小的NiCo₂S₄纳米片，负载在镍-钴双氢氧化物纳米片上。相对于其他纳米结构例如纳米线、纳米颗粒等，NiCo₂S₄纳米片生长在镍-钴双氢氧化物纳米片上，能阻止纳米片相互之间的团聚，有利于充分发挥其电化学活性。

本发明还提供了上述镍-钴双氢氧化物/NiCo₂S₄复合纳米材料的制备方法，首先通过水热法合成了镍- 钴双氢氧化物纳米片，然后再通过气相水热法，在镍-钴双氢氧化物纳米片的表面生成NiCo₂S₄纳米片。

本发明还提供了镍-钴双氢氧化物/NiCo₂S₄复合纳米材料作为超级电容器电极材料的应用。

本发明采取的技术方案为：

一种镍-钴双氢氧化物/NiCo₂S₄复合纳米材料，NiCo₂S₄纳米片负载在镍-钴双氢氧化物纳米片的表面，镍-钴双氢氧化物纳米片的尺寸为0.8～1.5微米，厚度为15～25纳米。

一种镍-钴双氢氧化物/NiCo₂S₄复合纳米材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

A.将钴盐、镍盐和六亚甲基四胺溶于水中形成混合溶液，将混合溶液装入高压反应釜内，在100～ 140℃下反应4～10小时，冷却，离心分离后得到镍-钴双氢氧化物；

B.在高压反应釜中加入硫代乙酰胺或硫化钠溶液，将步骤A制得的镍-钴双氢氧化物放置于距液面1 cm高的支架上，105～110℃，反应5～10小时，冷却，干燥，即可制得镍-钴双氢氧化物/NiCo₂S₄复合纳米材料。

进一步地，还可在步骤A中加入泡沫镍作为支撑材料。负载了镍-钴双氢氧化物/NiCo₂S₄复合纳米材料的泡沫镍可直接用作超级电容器的工作电极。