[发明专利]一种泡沫镍自支撑镍纳米管超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种泡沫镍自支撑镍纳米管超级电容器电极材料的制备方法，步骤如下：先对泡沫镍进行预处理；然后采用水热法或电沉积法在预处理后的泡沫镍表面生长氧化锌纳米棒；再在所述氧化锌纳米棒表面电沉积单质镍层，得到氧化锌@镍核壳结构；最后将氧化锌@镍核壳结构煅烧、刻蚀即可。本发明制备过程方便简单，绿色环保，成本低廉，解决了传统工艺中材料含杂质过多，操作繁琐等问题，从另一个方向构建出一种含新型镍纳米管的超级电容器储能材料。另外，本发明通过在泡沫镍表面生长镍纳米管来作为导电良好、结构稳定的自支撑电极材料，同时中空管状结构能够提供更大的比表面积，在提高导电性能的同时又保证了整个电容器充放电的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料领域，具体涉及一种泡沫镍自支撑镍纳米管超级电容器电极材料及其制备方法。

技术背景

超级电容器是一种介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。与传统电容器相比：(1)功率密度高；(2)循环寿命长；(3)工作温限宽；(4)免维护；(5)绿色环保等特点。其应用主要在高功率脉冲应用和瞬时功率保持，同时可以快速充放电并保持稳定。

超级电容器的优越性能完全取决于电极材料的选择。在过往的研究中，虽然在金、铂电极的试验上，测试性能都很不错，但成本过高，不宜被大面积推广，而镍单质金属，其稳定性仅此于铂和金，同时导电性能也很优越，而且价格低廉，是一个很好的选择。因此综合考量单质镍的整体性能，选择将其应用于超级电容器自支撑电极材料并掺杂其它活性物质可制备新型超级电容器。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种泡沫镍自支撑镍纳米管超级电容器电极材料及其制备方法。本发明制备的单层镍纳米管生长在泡沫镍上，将其作为超级电容器导电支架，在提高导电性能的同时又保证了整个电容器充放电的循环稳定性。

为了实现上述其中一个目的，本发明采用如下技术方案：

一种泡沫镍自支撑镍纳米管超级电容器电极材料的制备方法，步骤如下：

先对泡沫镍进行预处理；然后采用水热法或电沉积法在预处理后的泡沫镍表面生长氧化锌纳米棒；再在所述氧化锌纳米棒表面电沉积单质镍层，得到氧化锌@镍(ZnO@Ni)核壳结构；最后将所述氧化锌@镍核壳结构煅烧、刻蚀，得到所述的基于泡沫镍自支撑镍纳米管的超级电容器电极材料。

进一步地，上述技术方案，所述氧化锌纳米棒的厚度为200-300nm。

进一步地，上述技术方案，所述单质镍层厚度可以为5-50nm，优选为10-20nm。

进一步地，上述技术方案，所述氧化锌@镍核壳结构的煅烧温度为350-400℃，煅烧时间为1-3h。

进一步地，上述技术方案，所述刻蚀工艺具体是采用低浓度的酸液或碱液将氧化锌@镍核壳结构的氧化锌核去除，以形成镍纳米管结构。

优选地，上述技术方案，所述刻蚀工艺具体是在室温、2mol/L KOH溶液中进行刻蚀5-7h。

进一步地，上述技术方案，所述水热法在泡沫镍表面生长氧化锌纳米棒的工艺如下：

(a)制备氧化锌种子层：将预处理后的泡沫镍浸泡于含0.025-0.03mol/L乙酸锌的无水甲醇水溶液中，超声搅拌10-30min，取出，然后在150-300℃条件下退火处理1-2h，自然冷却，制得氧化锌种子层；

(b)制备氧化锌纳米棒：将相同摩尔浓度、等体积的锌盐水溶液和六亚甲基四胺水溶液混合，搅拌均匀后转移至反应釜中，然后将步骤(1)获得的含种子层的泡沫镍垂直向上放入反应釜中，并滴加氨水，再将反应釜密封，升温至80-100℃恒温反应8-12h，反应结束后，冷却，洗涤、干燥，获得氧化锌纳米棒阵列。