[发明专利]一种多孔CoAl@镍基复合电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种多孔CoAl@镍基复合电极材料的制备方法，属于过渡金属化化物电极材料领域。

背景技术

随着现代科学技术的发展和人类对生活环境质量的需求，对能源的要求越来越多样化，具有高能量密度、高功率密度和清洁环保的储能元件成为研究的重点。超级电容器作为20年代后期发展起来的一种能量存储元件与设备，超级电容器储存的能量比景点电容器高100倍以上，而且功率密度可高达电池的100倍以上。超级电容器依据储能原理的不同，可分为双电层电容器和法拉第赝电容器。赝电容电容器是活性物质在电极表面或体相中进行欠电位沉积，发生了化学吸脱附或氧化还原反应，从而存储电能。

过渡金属氧化物作为典型的赝电容电极材料，其电容远远大于双电层电容器材料产生的电容量。早期应用于航空航天领域的超级电容器材料是具有较好电导率和高比容量的RuO₂，但是由于RuO₂高昂的价格和对环境的危害，人们不断研究可以替代RuO₂的价格低廉的电极材料，如Co₃O₄，MnO₂，NiO，Co(OH)₂等，而这些单金属材料的比电容往往达不到需求，双金属过渡金属氧化物可以发挥两种金属的特点，改善超级电容器的性能。Jinping Liu等制备出Co₃O₄纳米线@MnO₂超薄纳米片核/壳阵列(Co₃O₄Nanowire@MnO₂Ultrathin Nanosheet Core/Shell Arrays:A New Class of High-Performance Pseudocapacitive Materials，Adv.Mater.2011,23,2076–2081)，此材料具有较高的比电容，且循环性能优异，循环5000圈后只有2.7％的容量损失。Yong Zhang等制备MnO₂电极材料的在电流密度为100mA g^-1时，比电容为258.7F g^-1(Electrochemical investigation of MnO2electrode material for supercapacitors,international journal of hydrogen energy 2011,36,11760-11766)。制备以泡沫镍为基底的钴铝化合物材料并应用到超级电容器，将是一种洁净环保且经济的途径。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种制备过程简单，价格低廉，绿色环保且电化学性能优良的过渡金属化合物材料的制备方法。

本发明的目的之二是提供一种多孔CoAl@镍基复合电极材料的制备方法，以硝酸钴和硝酸铝分别作为钴源和铝源，泡沫镍做为基底，制备出多孔结构的CoAl@镍基复合电极材料。

为了实现本发明的目的，本发明提供一种多孔CoAl@镍基复合电极材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将硝酸钴溶液与硝酸铝溶液搅拌混合，随后加入尿素、氟化铵搅拌混合；

(2)将泡沫镍加入到聚四氟乙烯不锈钢反应釜，然后加入步骤(1)所得混合液，进行水热反应；反应结束后，反应液自然冷却到室温，过滤、洗涤、干燥得到样品；

(3)向样品中加入氢氧化钠溶液，室温浸泡；之后再洗涤、干燥，得到多孔CoAl@镍基复合材料。

本发明中，步骤(1)中，硝酸钴溶液中的硝酸钴和水的质量体积比为2：1～20:1mg/ml；硝酸铝溶液中的硝酸铝和水的质量体积比为2:1～10:1mg/ml。

本发明中，步骤(1)中，硝酸钴与硝酸铝的摩尔比为5:1～1:1。

本发明中，步骤(1)中，所述硝酸钴与硝酸铝的摩尔比为5:1～1:1，硝酸钴溶液与硝酸铝溶液搅拌混合的时间为15～30min；硝酸钴与尿素的质量比为1:1～1:5；硝酸钴与氟化铵的质量比为6:1～15:1；加入尿素和氟化铵后混合搅拌的时间为15～30min。

本发明中，步骤(2)中，水热反应温度为90～120℃；水热反应时间为12～24h。

本发明中，步骤(3)中，氢氧化钠的摩尔浓度为0.1～0.5mol/L；氢氧化钠溶液的加入量按照硝酸钴:氢氧化钠溶液＝1mg:5ml～8mg:5ml；室温浸泡时间为4～12h。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：