[发明专利]一种基于重构外延相的镍锌微电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于重构外延相的镍锌微电池及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将硫酸镍、硫酸铜、硼酸加入到去离子水中，得到电镀液；将电镀液作为电解液，在第一三电极体系下进行镍铜合金的共沉积与部分刻蚀，得到纳米多孔镍微电极；在第二三电极体系下，将纳米多孔镍微电极置于氢氧化钾溶液中进行重构活化，得到重构多孔镍微电极；对重构多孔镍微电极进行原位还原，得到锌化后的纳米多孔镍微电极；以锌化后的纳米多孔镍微电极作正极，电镀锌微电极作负极，配加碱液以及PDMS封盖处理，组装得到基于重构外延相的镍锌微电池。本发明制备的镍锌微电池具备超高倍率性能与电化学稳定性。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，具体而言，涉及一种基于重构外延相的镍锌微电池及其制备方法。

背景技术

随着微型功能器件的多样化发展，兼具有类似电容器稳定性和高倍率性能，以及类似电池充足容量供应的微型储能器件成为新的发展需求。通过与多种功能材料或器件进行集成，微型储能器件可以为许多功能系统进行电能转化，如能量采集的自充电系统，植入式生物传感器以及可穿戴设备等。

一般来说，微型超级电容器具有大电流快速充放电以及长循环使用寿命的优势，在一些免维护或长期信号响应的系统中具有应用价值。然而，其能量存储能力较低，无法在主要的供能系统中广泛应用。而微型电池作为一种高能量密度的微电源，具备在不同微电子系统或设备中灵活集成的优势，但与电容器相比，其功率密度较低且循环稳定性较差。因此，针对以传感设备为主体的小型电子设备，开发具有充足能量供应且具备电容器型稳定性和高倍率的微型电池是一项亟待解决的问题。

在目前已报道的商业化镍锌电池构筑策略中，电极结构多围绕简单形貌设计以及金属元素掺杂展开，缺乏切实的超高倍率性能与电化学稳定性的设计思路。因此，如何设计一种兼具超高倍率性能与电化学稳定性的镍锌微电池，以期推动可充电碱性水系镍锌微型电池的进一步商业化应用，是目前亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于重构外延相的镍锌微电池及其制备方法，以解决现有镍锌电池不能兼具超高倍率性能与电化学稳定性的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:

一种基于重构外延相的镍锌微电池的制备方法，包括以下步骤：

S1、将硫酸镍、硫酸铜、硼酸加入到去离子水中，得到电镀液；

S2、将所述电镀液作为电解液，在第一三电极体系下进行镍铜合金的共沉积与部分刻蚀，得到纳米多孔镍微电极；

S3、在第二三电极体系下，将所述纳米多孔镍微电极置于氢氧化钾溶液中进行重构活化，得到重构多孔镍微电极；

S4、对所述重构多孔镍微电极进行原位还原引入外延相Zn(OH)₂，得到锌化后的纳米多孔镍微电极，所述锌化后的纳米多孔镍微电极包括有混合均匀的Zn(OH)₂/Ni(OH)₂纳米相结构；

S5、以所述锌化后的纳米多孔镍微电极作正极，电镀锌微电极作负极，配加电解液以及PDMS封盖处理，组装得到基于重构外延相的镍锌微电池。

在上述技术方案中，可选地，步骤S4后，所述锌化后的纳米多孔镍微电极可以置于所述氢氧化钾溶液中进行再次活化，以再次活化后的纳米多孔镍微电极作正极，进行步骤S5，其中，所述氢氧化钾浓度为0.1M-6M。

在上述技术方案中，可选地，S1中，所述硫酸镍、所述硼酸、所述硫酸铜的摩尔浓度比为(10-30)：10：1。

在上述技术方案中，可选地，S2中，所述共沉积采用CV程序，扫速为1mV s^-1，电压区间为(-0.75)-(-0.85)V，沉积量依次为0.5-4C；所述部分刻蚀采用i-t程序，刻蚀电压为0.5V，刻蚀时间为0.5h。