[发明专利]一种铁镍二元氧化物‑泡沫镍复合电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器电极制备技术领域，具体涉及一种铁镍二元氧化物-泡沫镍复合电极材料及其制备方法。

背景技术

随着日益加剧的温室效应，以及石油等燃料的快速消耗，现代社会急需开展对新一代的可再生能源的研究，包括其生产、储存和转换技术。现如今电力供应中最大的阻碍就是电线对其的限制，虽然已经有人着手研究无线供电技术，但其并不是一个很好的选择。而风能和太阳能在供电上还存在着稳定性差和产电量不高等问题尚未很好解决。超级电容器，又被称作电化学电容器，具有优异的功率性能、完美的可逆性、超长的循环寿命和简单的操作模式等优点，近年来得到很好的发展。其已被广泛的用于消费电子产品、内存备份系统和工业电力和能源管理系统等方面，并且在不久的将来会有更大的应用市场。超级电容器的电极材料有很多，依据不同的储能机理，现在广泛使用的电极材料可分为：碳材料、导电聚合物、过渡金属氧化物等。其中，碳材料通过电极材料表面与电解质中的阴阳离子的可逆吸脱附反应进行储能，这类材料通常输出功率高，但是能量密度则相对较低；而过渡金属氧化物则相反，它们通过电极材料表面与电解质中离子发生法拉第氧化还原反应，这种特性则使金属氧化物基材料有更高的比电容，但是它们往往电导率低，限制了其电化学性质的表达。

近年来，过渡金属氧化物作为超级电容器电极材料引起了人们极大的关注。RuO₂作为最为理想的过渡金属氧化物电极材料，其具有较高的理论电容量和优异的循环性能，但是其低的储存量和高昂的价格限制了其在商业上的大范围应用。因此，人们正在努力寻找新的具有优异性能的超级电容器电极材料来替代RuO₂的使用，如Co₃O₄、NiO、MnO₂、V₂O₅、Fe₂O₃等，然而，由于其自身的一些缺陷，如导电性低等，使得其作为超级电容器电极材料时并不是很理想。因此，制备一种导电性较好的超级电容器电极材料是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供一种铁镍二元氧化物-泡沫镍复合电极材料及其制备方法，其以泡沫镍为载体，采用水热和煅烧的方法制备了铁镍二元氧化物-泡沫镍复合电极材料，该复合材料作为超级电容器电极材料具有较好的导电性 和较高的电容量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

提供一种铁镍二元氧化物-泡沫镍复合电极材料，它由泡沫镍和固载在其表面的铁镍二元氧化物纳米片层形成。

按上述方案，所述铁镍二元氧化物在泡沫镍上的负载量为1～2mg/cm²。

本发明还提供了上述铁镍二元氧化物-泡沫镍复合电极材料的制备方法，其步骤如下：

1)预处理泡沫镍：将泡沫镍剪切成矩形小块，然后将其依次放入丙酮、稀盐酸溶液和去离子水中，在超声波清洗器内分别超声清洗，最后置于干燥箱中干燥。

2)制备表面负载有铁离子和镍离子的泡沫镍：将步骤1)所得的泡沫镍放入到铁盐和镍盐的混合水溶液中，充分搅拌使得泡沫镍表面负载有足够的铁离子和镍离子。

3)制备铁镍二元氢氧化物-泡沫镍复合电极材料：称取一定质量的尿素加入到步骤2)的烧杯中，充分搅拌混合均匀，将其移入反应釜中，水热反应后，洗涤除杂，然后干燥整夜。

4)制备铁镍二元氧化物-泡沫镍复合电极材料：将步骤3)所得的铁镍二元氢氧化物-泡沫镍复合电极材料置于马弗炉中，高温煅烧，得到铁镍二元氧化物-泡沫镍复合电极材料。

按上述方案，步骤1)所述泡沫镍大小为2×4cm，稀盐酸浓度为1mol/L，超声清洗时间为15min，所述干燥为60℃干燥整夜。

按上述方案，所述铁盐以铁摩尔量计，镍盐以镍摩尔量计，铁盐，镍盐和尿素的摩尔比为1：1～3：4～9。

按上述方案，所述水热反应体系中铁离子的浓度为11mmol/L。

按上述方案，步骤3)中水热反应温度为160～200℃，反应时间为8～12h。

按上述方案，步骤3)中除杂的方法为先将所得泡沫镍置于超声清洗器内超声清洗5min，再分别用去离子水和乙醇洗涤；干燥温度为60℃。

按上述方案，步骤4)所述煅烧温度为300～400℃，煅烧时间为1～3h。

按上述方案，步骤4)所述煅烧升温速率为2℃/min。

上述铁镍二元氧化物-泡沫镍复合电极材料直接作为超级电容器正极使用。