本發(fā)明屬于電極領(lǐng)域，具體涉及一種基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極及其制備方法。

背景技術(shù)：

超級電容器因其高功率密度、快速充放電和循環(huán)穩(wěn)定性的特點(diǎn)，不僅在消費(fèi)性電子產(chǎn)品領(lǐng)域，而且在新能源汽車、太陽能能源發(fā)電、智能電網(wǎng)、電力、鐵路、通信、國防等領(lǐng)域都存在廣泛的應(yīng)用。電極材料的開發(fā)是目前超級電容器技術(shù)研究的主要方向，其電極材料電荷存儲能力直接決定了超電容的電容量。相比較于傳統(tǒng)的碳材料類電極材料，過渡金屬氧化物或氫氧化物等電極材料具有更高的電荷存儲能力。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，人們發(fā)現(xiàn)，由于過渡金屬氧化物或氫氧化物的電極材料有其低的導(dǎo)電性，循環(huán)穩(wěn)定性較差，能量密度小，由于這些缺陷的存在，很難滿足現(xiàn)實(shí)中更高的應(yīng)用需求。因此過渡金屬硫化物作為一種高電導(dǎo)率、高容量的電極材料，具有較大的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于：(1)提供一種基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極；(2)提供一種基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

1、一種基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極，所述電極包括泡沫鎳基底1和位于所述泡沫鎳基底1上的多個硫化鈷鎳納米片2，所述多個硫化鈷鎳納米片相互連接呈蜂窩狀且每片硫化鈷鎳納米片上分布著多個納米級的孔洞3。

進(jìn)一步，所述泡沫鎳基底1呈多孔狀，孔徑分布在0.2～0.4mm，面密度為280±25g/m²，厚度為1.6mm。

進(jìn)一步，所述硫化鈷鎳納米片2的厚度為20～60nm。

進(jìn)一步，所述孔洞3的孔徑為1～3nm。

2、制備上述一種基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極的方法，具體包括以下步驟：

1)將泡沫鎳用濃鹽酸浸泡，再分別用水和有機(jī)溶劑洗滌除去泡沫鎳表面的氧化物以及油脂；

2)稱取Ni(NO₃)₂·6H₂O、Co(NO₃)₂·6H₂O、Na₂SO₄，加入水溶液中，制得混合液；

3)將步驟2)中的混合液加入含有經(jīng)步驟1)處理過的泡沫鎳的水熱釜中進(jìn)行反應(yīng)，制得含有氫氧化鈷鎳納米片的泡沫鎳，所述氫氧化鈷鎳納米片位于泡沫鎳上且相互連接呈蜂窩狀；

4)通過硫化法處理步驟3)所得含有氫氧化鈷鎳納米片的泡沫鎳，使氫氧化鈷鎳納米片轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧掓嚰{米片，制得含有硫化鈷鎳納米片的泡沫鎳；

5)通過堿溶液刻蝕法處理步驟4)中所述的含有硫化鈷鎳納米片的泡沫鎳至所述硫化鈷鎳納米片上出現(xiàn)多個納米級的孔洞。

進(jìn)一步，步驟2)中，Ni(NO₃)₂·6H₂O與Co(NO₃)₂·6H₂O的摩爾比為0.1:1～1:0.1；Ni(NO₃)₂·6H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O的混合物與Na₂SO₄的摩爾比為1:0.5～1:4。

進(jìn)一步，步驟(4)中，所述硫化法具體為將步驟3)中所述的含有氫氧化鈷鎳納米片的泡沫鎳置于含有硫化劑的水溶液中于水熱釜中進(jìn)行反應(yīng)。

進(jìn)一步，所述硫化劑為硫化鈉、硫脲、硫代乙酰胺中的一種。

進(jìn)一步，步驟(5)中，所述堿溶液刻蝕法具體為將步驟4)中所述的含有硫化鈷鎳納米片的泡沫鎳置于6～10mol/L的堿液中加熱至60～100℃，加熱時間為2～12h。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了一種基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極及其制備方法，由于位于泡沫鎳基底上的多個硫化鈷鎳納米片相互連接呈蜂窩狀且每片硫化鈷鎳納米片上分布著多個納米級的孔洞，使該電極具有三維分級納米結(jié)構(gòu)。其中，納米片相互連接呈蜂窩狀，這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)提高了電極的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性；納米片上的多個納米級空洞增加了電極可利用的活性表面，從而提高電極的能量密度，擴(kuò)大電極中活性材料與電解質(zhì)的作用速率。這種多層分級結(jié)構(gòu)使該電極具有極高的比容量，良好的倍率性能和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。同時，其制備方法簡單，成本低廉，具有極強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)化前景。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極示意圖；

圖2為圖1中A處的放大圖；

圖3為基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極的掃描電鏡圖；

圖4為基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極中硫化鎳鈷納米片的透射電鏡圖；

圖5為基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極在不同電流密度下的比容量；

圖6為基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極循環(huán)穩(wěn)定性測試圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1～4的一種基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2(為圖1中A處的放大圖)所示，電極包括泡沫鎳基底1和位于所述泡沫鎳基底1上的多個硫化鈷鎳納米片2，所述多個硫化鈷鎳納米片相互連接呈蜂窩狀且每片硫化鈷鎳納米片上分布著多個納米級的孔洞3，使該電極具有三維分級納米結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例的一種基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極按如下方法制得：

(1)將泡沫鎳用濃鹽酸浸泡，再分別用水和有機(jī)溶劑洗滌除去泡沫鎳表面的氧化物以及油脂；

(2)分別稱取0.1molNi(NO₃)₂·6H₂O、1molCo(NO₃)₂·6H₂O、4.4mol Na₂SO₄溶于水溶液中制得混合液；

(3)將步驟(2)中的混合液加入含有步驟(1)中泡沫鎳的水熱釜中進(jìn)行反應(yīng)，制得含有氫氧化鈷鎳納米片的泡沫鎳，其中，氫氧化鈷鎳納米片位于泡沫鎳上且相互連接呈蜂窩狀；

(4)將步驟(3)中制得含有氫氧化鈷鎳納米片的泡沫鎳置于硫化鈉溶液中于水熱釜中進(jìn)行反應(yīng)，使氫氧化鈷鎳納米片轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧掓嚰{米片，制得含有硫化鈷鎳納米片的泡沫鎳；

(5)將步驟(4)中制得的含有硫化鈷鎳納米片的泡沫鎳置于6mol/L的堿液中加熱至60℃，時間為12h，使硫化鈷鎳納米片出現(xiàn)多個納米級的孔洞。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例的一種基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極按如下方法制得：

(1)將泡沫鎳用濃鹽酸浸泡，再分別用水和有機(jī)溶劑洗滌除去泡沫鎳表面的氧化物以及油脂；

(2)分別稱取1molNi(NO₃)₂·6H₂O、1molCo(NO₃)₂·6H₂O、4mol Na₂SO₄溶于水溶液中制得混合液；

(3)將步驟(2)中的混合液加入含有步驟(1)中泡沫鎳的水熱釜中進(jìn)行反應(yīng)，制得含有氫氧化鈷鎳納米片的泡沫鎳，其中，氫氧化鈷鎳納米片位于泡沫鎳上且相互連接呈蜂窩狀；

(4)將步驟(3)中制得含有氫氧化鈷鎳納米片的泡沫鎳置于硫化鈉溶液中于水熱釜中進(jìn)行反應(yīng)，使氫氧化鈷鎳納米片轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧掓嚰{米片，制得含有硫化鈷鎳納米片的泡沫鎳；

(5)將步驟(4)中制得的含有硫化鈷鎳納米片的泡沫鎳置于10mol/L的堿液中加熱至100℃，時間為2h，使硫化鈷鎳納米片出現(xiàn)多個納米級的孔洞。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例的一種基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極按如下方法制得：

(1)將泡沫鎳用濃鹽酸浸泡，再分別用水和有機(jī)溶劑洗滌除去泡沫鎳表面的氧化物以及油脂；

(2)分別稱取1molNi(NO₃)₂·6H₂O、0.2molCo(NO₃)₂·6H₂O、1.2mol Na₂SO₄溶于水溶液中制得混合液；

(3)將步驟(2)中的混合液加入含有步驟(1)中泡沫鎳的水熱釜中進(jìn)行反應(yīng)，制得含有氫氧化鈷鎳納米片的泡沫鎳，其中，氫氧化鈷鎳納米片位于泡沫鎳上且相互連接呈蜂窩狀；

(4)將步驟(3)中制得含有氫氧化鈷鎳納米片的泡沫鎳置于硫脲溶液中于水熱釜中進(jìn)行反應(yīng)，使氫氧化鈷鎳納米片轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧掓嚰{米片，制得含有硫化鈷鎳納米片的泡沫鎳；

(5)將步驟(4)中制得含有硫化鈷鎳納米片的泡沫鎳置于8mol/L的堿液中加熱至80℃，時間為5h，使硫化鈷鎳納米片出現(xiàn)多個納米級的孔洞。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例的一種基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極按如下方法制得：

(1)將泡沫鎳用濃鹽酸浸泡，再分別用水和有機(jī)溶劑洗滌除去泡沫鎳表面的氧化物以及油脂；

(2)分別稱取1mol Ni(NO₃)₂·6H₂O、0.1mol Co(NO₃)₂·6H₂O、0.55mol Na₂SO₄溶于水溶液中制得混合液；

(3)將步驟(2)中的混合液加入含有步驟(1)中泡沫鎳的水熱釜中進(jìn)行反應(yīng)，制得含有氫氧化鈷鎳納米片的泡沫鎳，其中，氫氧化鈷鎳納米片位于泡沫鎳上且相互連接呈蜂窩狀；

(4)將步驟(3)中制得含有氫氧化鈷鎳納米片的泡沫鎳置于硫代乙酰胺溶液中于水熱釜中進(jìn)行反應(yīng)，使氫氧化鈷鎳納米片轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧掓嚰{米片，制得含有硫化鈷鎳納米片的泡沫鎳；

(5)將步驟(4)中制得的含有硫化鈷鎳納米片的泡沫鎳置于6mol/L的堿液中加熱至60℃，時間為8h，使硫化鈷鎳納米片出現(xiàn)多個納米級的孔洞。

圖3為基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極的掃描電鏡圖，由圖可知，硫化鈷鎳納米片相互連接呈蜂窩狀，且其厚度分布在20～60nm。

圖4為基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極中硫化鎳鈷納米片的透射電鏡圖，由于可知硫化鎳鈷納米片上分布著多個孔洞，孔徑分布在1～3nm。

圖5為基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極在不同電流密度下的比容量，從圖中可以看出在不同的電流密度下，多級孔洞結(jié)構(gòu)的硫化鈷鎳電極均比無小孔的硫化鈷鎳電極具有更高的比容量；在1A g^-1電流密度下多級孔洞結(jié)構(gòu)的硫化鈷鎳電極的比容量為4840.2F g^-1，而硫化鈷鎳僅為2608.2F g^-1，目前為基于硫化鈷鎳電極中最高值。

圖6為基于硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極循環(huán)穩(wěn)定性測試圖，由圖可知，在高的電流密度下10A g^-1，硫化鎳鈷三維分級納米結(jié)構(gòu)的贗電容器電極充放電循環(huán)5000次仍然保持在93％以上，具有高的充放電穩(wěn)定性。

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。