[发明专利]Zn掺杂Ni-MOF自支撑复合电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了Zn掺杂Ni‑MOF自支撑复合电极及其制备方法和应用。采用气相沉积和溶剂热法制备得到NF/GF/Zn‑doped Ni‑MOF自支撑复合电极。本发明通过气相沉积法和溶剂热法得到NF/GF/Zn‑doped Ni‑MOF自支撑复合电极。本发明首次制备得到这种三相复合结构的自支撑电极，并研究了它在超级电容器性能。发明结果表明，该电极具有较高的赝电容储能特性，在0.5Ag^‑1电流密度下的最大比容量可以达到2552Fg^‑1。

技术领域

本发明涉及电池技术，具体涉及Zn掺杂Ni-MOF自支撑复合电极及其制备方法和应用。

背景技术

传统超级电容器电极制作工艺中，一般是将活性物质与导电剂和粘结剂混合后负载在集流体上，再在集流体上焊接上金属条作为极耳，从而制得电极。由于粘结剂的加入，这种方法制得电极的导电性比较差，另外极耳的焊接增加了成本，且整个过程工艺复杂，成本较高。自支撑结构的电极靠一次成型得到，工艺简单，不仅可以降低生产成本，并且不使用导电性差的粘结剂，可以大大提高整个电极的导电能力，从而有利于活性物质电化学性能的提高，因此，制备自支撑结构的电极对于超级电容器电极材料的研究及超级电容器技术的发展都具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了Zn掺杂Ni-MOF自支撑复合电极及其制备方法和应用。

本发明的技术方案是：Zn掺杂Ni-MOF自支撑复合电极的制备方法，将泡沫镍放置在坩埚中，再将坩埚放入高温管式炉中，将管式炉抽成真空，通入Ar和H₂，将高温管式炉程序设置为以50℃min-1的速率升温至1000℃，恒温10min后通入CH₄，之后接着恒温1h，然后关闭H₂和CH₄，自然冷却至室温后，关闭Ar，得到泡沫镍/泡沫石墨烯电极；取6.5ml DMF和4ml乙二醇，在烧杯中组成混合溶液，依次加入0.024g对苯二甲酸，0.04g的硝酸镍(Ni(NO3)₂6H₂O)和0.044g的Zn(NO3)₂，用磁力搅拌器室温下搅拌1小时；将所得的泡沫镍/泡沫石墨烯电极即NF-GF电极放入40ml的反应釜内衬底部，之后将前述步骤制得的溶液倒入，将该反应釜放入鼓风干燥箱，设定参数为150℃，恒温6h后自然冷却；将反应釜从真空干燥箱中取出，将反应后的电极片取出，依次用DMF、丙酮分别清洗3次；将洗后的电极片放入真空干燥箱，80℃，24h后烘干得到NF/GF/Zn-doped Ni-MOF自支撑复合电极。

本发明的进一步改进包括：

所述泡沫镍还包括预处理，具体包括将剪切好的泡沫镍放入烧杯中，加入丙酮，在超声波清洗机中超声10min。然后，放入真空干燥箱中80℃烘24h。

所述通入Ar、H2和CH4速率分别为200sccm、100sccm和100sccm。

本发明的另一目的在于提供了一种按照上述方法制得的Zn掺杂Ni-MOF自支撑复合电极。

本发明还提供了Zn掺杂Ni-MOF自支撑复合电极在制备超级电容器中的应用。

本发明通过气相沉积法和溶剂热法得到NF/GF/Zn-doped Ni-MOF自支撑复合电极，文献中尚无相关报道。本发明首次制备得到这种三相复合结构的自支撑电极，并研究了它在超级电容器性能。发明结果表明，该电极具有较高的赝电容储能特性，在0.5Ag^-1电流密度下的最大比容量可以达到2552Fg^-1。

附图说明

图1本发明制备的NF/GF/Zn-doped Ni-MOF自支撑复合电极的XRD图。

图2本发明所制备的NF/GF/Zn-doped Ni-MOF自支撑复合电极的扫描电镜图。