[发明专利]一种镍基一体化电极的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种镍基一体化电极的制备方法及应用，目的是解决现有的硫化镍电极在制备过程中存在的对设备要求高、反应条件严格、安全性能差的技术问题。本发明的技术方案是：首先以镍箔作为阳极，铂片作为阴极，含0.2mol/L NH₄F和2mol/L H₂O的乙二醇溶液作为电解液，采用20‑65V直流恒压将镍箔氧化10‑120分钟，生成以镍为导电基底的多孔氧化镍；然后低温气相硫化，将多孔氧化镍通过升华硫进行硫化反应，在镍基底上生成硫化镍，即制得镍基一体化电极。本发明镍基一体化电极的制备方法成本低，制备工艺简单，制备的电极结构稳定，可直接应用于电解水催化和超级电容器中，具有催化性能高、循环寿命长、高容量和高循环稳定性等优点。

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种镍基一体化电极的制备方法及应用。

背景技术

全球不可再生能源的消耗不断增加，化石燃料储量迅速衰减，人类面临着严峻的能源危机。清洁、无污染的太阳能、风能、水能和核能以及其产生的电能将是未来能源的主力军。因此，解决新能源的转换和存储问题迫在眉睫。

电解水被认为是一种可以直接、高效制取清洁能源的技术，已经引起广泛关注。目前，水电解技术需要贵金属Pt作为析氢反应的催化剂，贵金属氧化物RuO₂或IrO₂作为析氧反应的催化剂，其价格昂贵，生产成本高，故而寻找高效、廉价的催化剂材料具有非常重要的现实意义。与此同时，超级电容器作为一种新型的小型能量存储装置，可以实现快速充放电，具有能量密度高、使用寿命长、转换效率高、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。基于贵金属氧化物RuO₂的超级电容器具有较高的赝电容和优异的循环性能。而以较为廉价的金属化合物和聚合物作为电极材料的传统超级电容器由于具有比电容小和循环性能差等缺点，其应用受到一定的限制，因此开发具有优异电容性能的廉价电极材料很有必要。

过渡金属硫属化物储量充足，具有丰富的氧化还原价态和较高的电导率(相比其氧化物)，在能源材料领域备受关注。其中，镍的硫化物有很多稳定的结构形态，包括α-NiS，β-NiS，NiS₂，Ni₃S₂，Ni₃S₄，Ni₉S₈。近年来，已经制备出多种形貌的硫化镍，如纳米颗粒，纳米层，纳米线，纳米链等。其中具有高导电率的多孔结构可以有效地促进传质、传导，增强材料的润湿性。高润湿性的多孔电极对于水系的能源转换和存储设备都有极大的吸引力。具体而言，水裂解是发生在OH^-/H⁺、催化剂和H₂/O₂三相界面处的液体到气体的能源转换反应。整个反应中，多孔、亲水、疏气的催化剂可以有效促进离子的吸附、传导和气泡的脱附。这种多孔亲水材料应用于水系超级电容器中也将极有利于电解液浸润和离子传递，进而提高电化学性能。