[发明专利]一种花状CoAl双金属氢氧化物电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种花状CoAl双金属氢氧化物电极材料的制备方法，属于双金属电极材料技术领域。

背景技术

近年来，随着自然资源的不断开发与利用和环境污染的加剧，社会经济与生态都受到了威胁，迫切需要新型清洁可持续能源和相关的能量存储转换装置。超级电容器作为一种新型的介于传统蓄电池和传统电容器之间的储能装置，既具有类似化学电池的储能机理，又具有传统电容器快速充放电的特点，超级电容器的高功率密度，高能量密度，长循环寿命，快速充放电等特点，使其在许多领域发挥作用，如交通运输，国防科技，风力发电等。

电极材料作为超级电容器的核心部件，其性能的好坏直接决定着超级电容器的优劣，理所当然成为人们对超级电容器研究的重点。电极材料主要分为三类：碳材料，导电聚合物和过渡金属氧化物或氢氧化物。过渡金属氧化物或氢氧化物作为典型的赝电容材料，具有比导电聚合物更为稳定的电化学性质，且能量密度比碳材料高。其中双金属氢氧化物是由带正电荷的主体层与插层阴离子组成的离子型层状化合物，化学组成为[M²⁺_1-x M³⁺_x(OH)₂][A^n-]_x/n﹒zH₂O，其中，M²⁺为Co²⁺、Ni²⁺、Mg²⁺等，M³⁺为Al³⁺、Fe³⁺等，A^n-为Cl^-、NO₃^-、CO₃^2-等阴离子。金属离子的性质以及阴离子的种类都对晶体结构产生影响，从而影响其作为超级电容器电极材料的电化学性质。Gupta V等(Gupta V,Gupta S,Miura N.Potentiostatically deposited nanostructured Co_xNi_1-x layered double hydroxides as electrode materials for redox-supercapacitors[J].Journal of Power Sources,2008,175(1):680-685.)早在2008年就采用电沉积法制备出了不锈钢表面沉积的钴镍双金属氢氧化物，表现较高的比电容；Huang等人(Huang J,Lei T,Wei X.Effect of Al-dopedβ-Ni(OH)₂nanosheets on electrochemical behaviors for high performance supercapacitor application[J].Journal of Power Sources,2013,232:370-375.)制备出了铝离子掺杂氢氧化镍的纳米片，比电容高达2123F g^-1(电流密度为1A g^-1)。

制备具有高比表面积的电极材料是有望改善材料的电化学性能的途径之一。而花状材料具有较大比表面积，可以提供更多的电解质离子通道。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种花状、具有高比表面积的CoAl双金属氢氧化物电极材料的制备方法，所需设备简单，操作简便，条件温和。本发明得到的花状CoAl双金属氢氧化物材料，具有优良电化学性能的应用到超级电容器方面，表现出高比电容和长循环寿命。

本发明提供的一种花状CoAl双金属氢氧化物电极材料的制备方法，以泡沫镍作为基底，硝酸钴和硝酸铝分别作为钴源和铝源，再加入尿素、氟化铵和表面活性剂，通过一步水热反应即制得花状CoAl双金属氢氧化物电极材料。具体步骤如下：

(1)将硝酸钴溶液和硝酸铝溶液进行搅拌混合；

(2)向步骤(1)得到的混合液中加入尿素，氟化铵和表面活性剂，搅拌混合；

(3)将泡沫镍放入聚四氟乙烯不锈钢水热釜中，并加入步骤(2)的混合液，进行水热反应；反应结束后，降至室温，超声洗涤、干燥得到由许多二维层状片组合而成的三维花状CoAl双金属氢氧化物电极材料。

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。