[发明专利]Co(OH)2/TiO2纳米管阵列复合材料及其制法

说明书

一种Co(OH)₂/TiO₂纳米管阵列复合材料及其制法，属于超级电容器电极材料研制领域。该Co(OH)₂/TiO₂纳米管阵列复合材料以TiO₂纳米管为基体材料，负载有Co(OH)₂纳米颗粒；Co(OH)₂纳米颗粒嵌入在TiO₂纳米管阵列中，形成“管粒结合”的纳米复合结构。该材料的制备方法为：将TiO₂纳米管阵列超声浸入到CoCl₂水溶液中，加入氨水进行反应，得到的材料可以作为超级电容器材料，实现了电极材料中集流体和导电剂的一体化，能将电子快速传递于活性物质，可以约束活性物质的过度膨胀，掺渗后的TiO₂纳米管的比电容会有一个很大程度的提升。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料研制领域，具体涉及一种Co(OH)₂/TiO₂纳米管阵列复合材料及其制法。

背景技术

超级电容器，又称为电化学电容器，是介于传统电容器与电池的一种高效实用的新型储能装置，具有比传统电容器更高的能量密度以及比电池更大的功率密度和更长的使用寿命。此外，超级电容器还具有充放电速率快，使用温度范围宽，经济环保的优点，因此超级电容器在便携式电子设备、混合电动车和国防科技等领域都有广泛的应用。电极材料是决定超级电容器性能的两大关键因素之一，电极材料的研究也已成为超级电容器研究的主要方面。电极材料可以分为3类：碳材料、过渡族金属氧化物和导电聚合物。碳材料(活性炭、碳纳米管、石墨烯等)以在电极与电解液界面上离子可逆吸附形成的双电层实现电荷存储；而过渡族金属氧化物(RuO₂、MnO₂、Co₃O₄等)和导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯等)主要以在电极表面或体相中发生快速的电化学氧化还原反应来存储电荷。

TiO₂纳米管阵列化学稳定性好、比表面积大以及高度有序的纳米管结构作为电荷传递的通道，有利于电解质离子在电极/电解液界面上的快速传递。因此，TiO₂纳米管阵列在超级电容器电极材料上的应用吸引了国内外研究人员的关注。但是，TiO₂纳米管阵列比电容小于其他金属氧化物(MnO₂和RuO₂)，为了提高TiO₂钛纳米管阵列的超电容性能，研究者采取一系列措施，比如氢化处理，过渡族金属氧化物或导电聚合物与TiO₂纳米管复合。

采用阳极氧化技术制备的TiO₂纳米管阵列，纳米管以高度有序的阵列形式排列，而且分布均匀。由于纳米管从金属钛表面生长，因而与金属钛基体结合牢固，具有极高的有序结构和很高的量子效应。由于纳米管直径非常小，导致管的压强非常大，自然沉积活性物质无法掺渗进去。再不改变TiO₂纳米管和基体金属钛的情况下，我们的实验成功的将Co(OH)₂掺渗进TiO₂纳米管中。与原来的TiO₂纳米管相比，掺渗后的TiO₂纳米管它的比电容有很大的提高(提高近一倍)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Co(OH)₂/TiO₂纳米管阵列复合材料及其制法，该 Co(OH)₂/TiO₂纳米管阵列复合材料是一种将Co(OH)₂颗粒掺渗进TiO₂纳米管阵列的材料，该材料可以作为超级电容器材料，能将电子快速传递于活性物质，可以约束活性物质的过度膨胀，掺渗后的TiO₂纳米管的比电容会有一个很大程度的提升。

本发明的技术方案是：