[发明专利]由部分NiO衍生Ni-MOF的复合电极材料应用于非对称性超级电容器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种由部分NiO衍生Ni‑MOF的复合电极材料应用于非对称性超级电容器及其制备方法，制备方法包括：先以六水合硫酸镍和氢氧化钠为原材料，以去离子水为溶剂，采用化学沉淀法制备了氢氧化镍。将制备好的氢氧化镍放入通入N₂的管式炉中，煅烧350℃/3h得到NiO固体粉末。以得到的NiO和对苯二甲酸(PTA)为原材料，以30mL N,N‑二甲基酰胺和3mL去离子水为溶剂，制备NiO/Ni‑MOF复合电极材料，其中，保持加入NiO的质量不变，改变加入对苯二甲酸(PTA)的质量，得到转化率不同的NiO/Ni‑MOF复合电极材料。所制备的NiO/Ni‑MOF‑25复合电极材料应用于超级电容器表现出良好的电化学性能。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域：具体地，涉及一种由部分NiO衍生 Ni-MOF的复合电极材料的制备方法，以及由该制备方法制备的复合电极材料，同时还涉及到由该制备方法制备的复合电极材料在非对称性超级电容器中的应用。

背景技术

可再生能源是一种清洁，生态友好的重要能源，因为化石燃料的不可再生性以及严重的污染影响了21世纪的环境。运输，工业和农业等许多领域主要依赖于易腐烂的能源，例如煤炭，石油和天然气。过度使用这些能源会释放有害的温室气体，并导致全球变暖。目前，新的可持续清洁能源和高性能的能量存储/转换系统已成为迫切需要，并引起了广泛的关注，例如，水分解，锂离子电池，超级电容器，太阳能电池和燃料电池，所有储能设备中，超级电容器因其优异的电化学性能(如增强的充放电速率，更大的功率密度和更长的使用寿命)而倍受关注。

超级电容器可分为伪电容器和双电层电容器，这是超级电容器的两种主要类型。伪电容器通过可逆的氧化还原反应将电荷存储在电极材料的表面，而双电层电容器则根据在电极/电解质界面的简单物理吸附来存储电荷。 EDLC和伪电容器的存储容量取决于许多因素，例如电解质类型，电极表面形态，比表面积和纳米结构。EDLC通常由具有高比表面积的碳材料制成，而伪电容器则使用过渡金属氧化物/硫化物/氢氧化物和导电聚合物。伪电容器比EDLC具有更高的能量密度和比电容，这是伪电容器之所以被广泛研究的重要原因。

金属有机框架(MOF)包括金属离子(如Zn，Fe，Co，Ni等)和有机配体 (DHTA，PTA，BTC等)，MOF因其独特的特征(例如永久孔隙度，大比表面积以及可控制孔的形状和大小的能力)引起了广泛的关注，但MOF其本身电导率差的特性使其不能广泛应用。而过渡金属氧化物-NiO，因其成本低，具有良好的导电性，优异的理论电容和热稳定性，被认为有前途的电极材料，但因为比表面积小，无法充分与电解液接触，使其实际比电容量与理论比电容量有巨大差异，故而无法广泛应用。因此，通过设计和制备兼具NiO和MOF良好性质的复合电极材料应用于超级电容器具有深远的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由部分NiO衍生Ni-MOF的复合电极材料的制备方法，首次将NiO作为镍源，通过改变加入对苯二甲酸(PTA)的量，来控制NiO转化Ni-MOF的比例；由于复合样品中的NiO没有完全转化，同时也生成了Ni-MOF，故而复合电极材料同时具备NiO(较好的导电性)和 Ni-MOF(较大的比表面积)电极材料的优点，较好的导电性以及较大的比表面积对电极材料的电化学性能都是极为有利的。而转化率达到25％的复合电极材料(NiO/Ni-MOF-25)，其电化学性能最为优异。

本发明的另一目的在于提供一种由前述制备方法制备的NiO/Ni-MOF 复合电极材料，为兼具NiO和Ni-MOF两种材料的优异性质的复合电极材料：转化率达到25％的复合电极材料(NiO/Ni-MOF-25)相比于NiO电极材料和完全转化为Ni-MOF电极材料，纳米片更为疏松，这使得NiO/Ni-MOF-25 纳米片与电解液拥有更大的接触面积，提供了更多的活性位点，在三电极体系测试以及在超级电容器中，NiO/Ni-MOF-25复合电极材料相较于NiO 电极材料和Ni-MOF电极材料拥有更大的比电容。