[发明专利]一种钼酸锰/硫化镍核壳阵列结构电极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种钼酸锰/硫化镍核壳阵列结构电极材料及其制备方法。本发明采用以泡沫镍为基底，通过两次水热法在泡沫镍上原位生长钼酸锰/硫化镍核壳阵列结构电极材料。第一步水热在泡沫镍上原位生长钼酸锰纳米片作为核，第二步水热在钼酸锰纳米片阵列表面负载硫化镍纳米球作为壳。该电极材料的核壳结构增大了有效比表面积并增加了电化学反应活性位点，较高的有效比表面积在电荷存储过程中为电极/电解质界面处的离子扩散和电子传输提供更多的通道，构建的核壳结构充分发挥钼酸锰和硫化镍之间的协同效应，同时原位生长的钼酸锰/硫化镍电极材料与泡沫镍之间的接触电阻很小，有效的提高钼酸锰/硫化镍电极材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料领域，尤其是一种钼酸锰/硫化镍核壳阵列结构电极材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着经济的快速发展，人们对于能源的需求日益增加，以及环境污染、全球变暖等环境问题的日益严重，人们越来越希望有一种存储和转换能量的替代能源装置的出现。近年来，超级电容器由于具有充电速度快、循环使用寿命长、功率密度高、安全系数高以及绿色环保等优点，逐渐进入人们的视野，其作为一种全新的储能装置引起了科学工作者的注意。当前钼酸锰作为一种新型的超级电容器电极材料，由于其高电化学活性、低成本和环境友好的特点，受到越来越多的关注。但过渡金属氧化物由于导电性差，导致作为电极使用时实际比容量较低，倍率特性和循环性能不令人满意。

复合电极材料或构建核壳结构利用其协同效应改善过渡金属氧化物导电性是提升其电化学性能的有效途径。复合电极通常是将比容量高的过渡金属氧化物与导电性良好的碳基材料或导电聚合物物理混合。然而，高导电性碳基材料成本高且与活性物质多为物理接触易脱落、导电聚合物体积不稳定易收缩/膨胀导致复合电极材料循环稳定性较差。其次，构建核壳结构通常以高比容量活性物质为核、高导电性活性物质为壳。相较复合电极材料，核壳结构能使两种电极材料接触更均匀且工艺简单、成本低。然而，目前与钼酸锰构建核壳结构多采用导电性较差的过渡金属氧化物，难以有效发挥协同效应。其中，硫化镍具有较高的导电性，理论比容量较高，更适合与钼酸锰构建核壳结构，从而能够提高比容量，成为优异的超级电容器的电极材料。因此，需要设计一种钼酸锰/硫化镍核壳阵列结构电极材料的制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钼酸锰/硫化镍核壳阵列结构电极材料的制备方法，使得钼酸锰和硫化镍接触牢固，体积稳定不易收缩/膨胀，该电极材料可以直接作为超级电容器的电极，其核壳结构提供大的比表面积和更多的电化学反应活性位点，在电极/电解质界面处具有更快的离子扩散和电子传输，构建的核壳结构充分发挥钼酸锰和硫化镍之间的协同效应，使其与泡沫镍之间的接触电阻很小，有效的提高钼酸锰/硫化镍电极材料的电化学性能。

为此，本发明提出了一种钼酸锰/硫化镍核壳阵列结构电极材料的制备方法，包括：(1)预处理泡沫镍。(2)将Na₂MoO₄·2H₂O溶解在去离子水中，并加入MnSO₄·H₂O，使其充分搅拌得到第一混合溶液。(3)将步骤(2)所得的第一混合溶液及步骤(1)处理好的泡沫镍一同转移至反应釜中，进行加热反应，然后自然冷却至室温。(4)将步骤(3)得到的产物用超声波处理并用蒸馏水洗涤，再进行干燥处理，得到含有钼酸锰纳米片的泡沫镍。(5)将NiCl₂·6H₂O溶解在去离子水中，并加入硫脲，充分搅拌得到第二混合溶液。(6)将步骤(5)所得的第二混合溶液以及步骤(4)含有钼酸锰纳米片的泡沫镍一同转移至反应釜中，进行加热反应，然后自然冷却至室温。(7)将步骤(6)得到的产物用超声波处理并用蒸馏水洗涤，再进行干燥处理，得到钼酸锰/硫化镍核壳阵列结构电极材料。其中，泡沫镍具有三维网状结构，孔隙率高，比表面积大等特点，能为钼酸锰的生长提供丰富孔道的环境。

作为该钼酸锰/硫化镍核壳阵列结构电极材料的制备方法的进一步改进，所述预处理泡沫镍，包括依次用丙酮、盐酸、无水乙醇和去离子水进行超声清洗，然后使用真空干燥箱进行干燥处理。