[发明专利]一种原位自生复合氮掺杂碳与镍钴双氢氧化物纳米片阵列电极及其制备方法和应用在审

专利信息
申请号: 202111421442.X 申请日: 2021-11-26
公开(公告)号: CN114121505A 公开(公告)日: 2022-03-01
发明(设计)人: 胡永明;姜无忧;王神送;黄浩;邓鹤鸣 申请(专利权)人: 湖北大学
主分类号: H01G11/86 分类号: H01G11/86;H01G11/36
代理公司: 北京众允专利代理有限公司 11803 代理人: 沈小青
地址: 430062 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 原位 自生 复合 掺杂 镍钴双 氢氧化物 纳米 阵列 电极 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

发明提供了一种原位自生复合氮掺杂碳与镍钴双氢氧化物纳米片阵列电极及其制备方法和应用,属于电极材料技术领域。本发明中,泡沫镍基底充当了促进电子传输的导电网格,制备的电极使氮掺杂碳自生复合于Ni‑CoLDH基体中,氮掺杂碳优异的导电性能够促进电极在储能过程中的电荷传输,该自生复合材料具有均匀共生、界面稳定、导电增强等特点;原位生长的Ni‑CoLDH纳米片阵列不仅继承了ZIF‑67的片状结构、多孔特性和稳定性,还具有优异的亲水性,并且在纳米片阵列结构上还生长了大量片状Ni‑CoLDH,有效避免了Ni‑CoLDH的堆叠、团聚和负载低等问题。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域,尤其涉及一种原位自生复合氮掺杂碳与镍钴双氢氧化物纳米片阵列电极及其制备方法和应用。

背景技术

近年来,人类对能源的需求随着化石能源的消耗和人口增加而持续增长,清洁能源的开发利用日益受到许多国家的重视,同时间歇式储能也至关重要。超级电容器以其超高的功率密度、出色的倍率性能和杰出的循环性等优点成为高功率应用领域中的最佳选择,如航天、汽车、军事等领域。目前商用超级电容器是以碳材料为主的双电层型电容器,但其较低的能量密度极大的限制了其应用,这种碳基双电层材料通过离子在电极和电解质的表面吸附和脱附过程实现物理储能。与传统的双电层电容器材料相比,赝电容型超级电容器表现出更高的能量密度,这源自赝电容材料与电解质离子的法拉第氧化还原反应。

镍钴双氢氧化物(Ni-Co LDH)是一种拥有超高理论比电容的赝电容材料,然而二维结构的Ni-Co LDH在充电/放电过程中较大的体积变化导致稳定性较差,并且其自身导电性差、易发生堆叠和团聚,使得该材料在实际应用时难以达到理论电容值,因此许多学者希望通过将导电性良好的材料作为增强相与Ni-Co LDH基质复合的方法改善Ni-Co LDH的导电性,但依靠人工复合方法界面稳定性差,电极材料内部各相分布不匀,易发生堆叠和团聚,并且需要额外添加粘合剂,导致Ni-Co LDH的导电性和稳定性提升效果不佳。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种原位自生复合氮掺杂碳与镍钴双氢氧化物纳米片阵列电极及其制备方法和应用。本发明通过室温浸渍法在泡沫镍上原位自组装了片状ZIF-67,随后采用水热法得到原位自生复合氮掺杂碳与镍钴双氢氧化物(Ni-Co LDH)纳米片阵列电极,该电极具有较高的比电容,同时电极稳定性和导电性也有所提升。

为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:

本发明提供了一种原位自生复合氮掺杂碳与镍钴双氢氧化物纳米片阵列电极的制备方法,包括以下步骤:

将硝酸钴、2-甲基咪唑和水混合,得到混合溶液;

将泡沫镍浸渍于所述混合溶液中密封静置后依次进行清洗和烘干,得到ZIF-67@Ni foam电极;

将硝酸钴、硝酸镍、六亚甲基四胺和水混合,得到金属前驱液;

将所述ZIF-67@Ni foam放入所述金属前驱液进行水热反应,得到所述原位自生复合氮掺杂碳与镍钴双氢氧化物纳米片阵列电极。

优选地,所述混合溶液中硝酸钴以六水合硝酸钴的形式加入,所述泡沫镍、六水合硝酸钴、2-甲基咪唑和混合溶液中水的质量比为0.7~1:5~8:11~14:70~90。

优选地,所述烘干的温度为50~70℃。

优选地,所述金属前驱液中硝酸钴、硝酸镍以六水合硝酸钴、六水合硝酸镍的形式加入,所述金属前驱液中六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、六亚甲基四胺和水的质量比为0.2~0.4:0.7~1.2:1~1.3:30~50。

优选地,所述水热反应的温度为80~100℃,时间为0.5~3h。

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