[发明专利]一种作为超级电容器的形貌可控的镍锰硫化物/石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

一种作为超级电容器的形貌可控的镍锰硫化物/石墨烯复合材料及其制备方法，属于储能材料技术领域，可解决过渡金属氧化物在超级电容器应用中电导率低、循环稳定性差等问题，将硝酸镍，氯化锰，尿素和氟化铵溶解于去离子水中，充分搅拌均匀后转移至反应釜，将附着还原氧化石墨烯的泡沫镍基底浸没到反应釜中于120℃反应10小时，随后在充氮气的管式炉中350℃下退火2h，得到复合材料镍锰氧化物/石墨烯复合材料，将其进行水热硫化得到镍锰硫化物/石墨烯复合材料。本发明的制备方法简单，易于控制，价格低廉，所制备的电极材料比电容大，倍率性能高，循环稳定性好。在制成器件时，显示出了高的功率密度和能量密度，可作为优良的超级电容器电极材料。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，具体涉及一种作为超级电容器的形貌可控的镍锰硫化物/石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的飞速发展，石油、煤炭、天然气等传统化石能源被大量消耗，新型绿色能源的发展已成为各国的新课题。21世纪以来，新能源技术已日趋成熟，然而能源的利用仍很大程度上受自然条件的限制，因此电能的存储已成为新能源利用过程中的关键环节，这促使了研究者们对能源高效转换存储设备的广泛研究与探索。超级电容器作为一种新型储能元件，因其具备的可观的储能容量、高输出功率密度、卓越的循环寿命、低成本且环境友好等特点，引起了广泛关注。据储能机理的不同，超级电容器主要分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。双电层电容器(Electrochemical Double-Layer Capacitors，EDLCs)通过极化时电解液中的离子在电极和电解质界面处静电吸附聚集形成双电层来存储电荷。赝电容器(Pseudocapacitance，PCs)，是通过电极表面或者近表面可逆的法拉第反应进行储能，与双电层电容器相比有较大的比容量。

超级电容器的性能主要取决于电极材料。过渡金属氧化物（Ni-Co-O,Co-Mn-O,Ni-Mn-O 等）因其丰富的氧化价态，高的氧化还原活性在超级电容器领域得到了广泛应用。其中，镍锰基氧化物具有理论电容高，电位窗口大等优点，引起了广泛的研究兴趣。然而过渡金属氧化物电导率低，循环稳定性差，限制了其进一步应用。过渡金属硫化物与其相应的氧化物相比具有较高的电导率和电化学活性，将过渡金属氧化物转换成硫化物是提高电化学性能的有效方法。

发明内容

本发明针对过渡金属氧化物电导率低，循环稳定性差，不利于其实际应用的问题，提供作为超级电容器的形貌可控的镍锰硫化物/石墨烯复合材料及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种作为超级电容器的形貌可控的镍锰硫化物/石墨烯复合材料，化学通式为Ni-Mn-S/rGO/NF-x，其中x表示硫化反应时间，1 ≤ x ≤ 7。

一种作为超级电容器的形貌可控的镍锰硫化物/石墨烯电极材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步，化学还原法在泡沫镍基底上生长还原氧化石墨烯：将氧化石墨烯加入到去离子水中，超声分散得到棕色的分散液，然后向分散液中加入还原剂，搅拌均匀后，得到混合溶液A，将用丙酮、稀盐酸、无水乙醇清洗的泡沫镍基底放入混合溶液A中在90℃的水浴锅中反应6h后，将制备样品取出，洗涤干燥，得到生长有还原氧化石墨烯的泡沫镍基底，记为rGO/NF；

第二步，使用水热法在生长有还原氧化石墨烯的泡沫镍基底上生长镍锰氧化物：将Ni(NO₃)₂·6H₂O，MnCl₂·6H₂O, CO(NH₂)₂和NH₄F溶解于去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，搅拌均匀后得到混合溶液B，将混合溶液B转移至反应釜中，将rGO/NF放入反应釜，在120℃条件下反应10h.待冷却至室温后，将制得的样品取出，洗涤干燥，随后在通入氮气的管式炉中350℃下退火2h得到复合材料Ni-Mn-O/rGO/NF,记为NMO/rGO/NF；