本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、化石能源的不斷消耗、環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，研究一種高效、低成本、環(huán)境友好、高性能的能源轉(zhuǎn)換和儲存系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。超級電容器由于其功率密度高，充放電速率快，循環(huán)壽命長，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，成為一種極具潛力的能源儲存裝置。超級電容器根據(jù)儲存機(jī)理的不同，可以分為雙電層電容器和贗電容電容器。碳材料具有高比表面積、成本低、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用于電化學(xué)雙電層電容器中，但是其比電容低嚴(yán)重限制了碳基電極材料的商業(yè)發(fā)展；過渡金屬基材料由于其具有高的比電容和優(yōu)異的循環(huán)可逆性，因此被認(rèn)為是最理想的法拉第贗電容器電極材料，但是金屬基材料的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性差，使實(shí)際容量低于理論容量。因此目前更多的研究傾向于將雙電層電容器材料和贗電容電容器材料相復(fù)合，制備復(fù)合材料，發(fā)揮二者的協(xié)調(diào)作用，更大限度地提高其電化學(xué)性能。而在復(fù)合電極材料的制備方面，復(fù)雜繁瑣的化學(xué)合成路徑，高成本的合成原料，費(fèi)時(shí)的制備過程，不可控難重復(fù)的制備條件，成為限制其發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化的強(qiáng)大阻力和瓶頸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于公開一種作為超級電容器電極材料的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合材料及其制備方法。該方法制備工藝簡單，反應(yīng)物價(jià)格便宜，適合大規(guī)模生產(chǎn)；生產(chǎn)過程中耗能少，無污染；得到的新型羥基硝酸鎳/碳復(fù)合材料作為電極材料具有較高的比容量。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的制備方法，步驟如下：

(1)配制前驅(qū)體水溶液

前驅(qū)體水溶液包括水、燃料和硝酸鎳，按照質(zhì)量比100：5～40：20～50混合；

所述的前驅(qū)體水溶液的ph為1-6，優(yōu)選為3-4。

(2)溶液燃燒反應(yīng)得到粗產(chǎn)物

步驟(1)得到的前驅(qū)體水溶液進(jìn)行燃燒反應(yīng)，燃燒反應(yīng)條件為常壓，空氣環(huán)境中，反應(yīng)溫度為200～230℃，反應(yīng)時(shí)間為40min～1h，得到羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的粗產(chǎn)物；

(3)水洗、烘干羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的粗產(chǎn)物，得到羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料；其中，羥基硝酸鎳化學(xué)式為ni3(no3)2(oh)4，其結(jié)晶狀態(tài)為無定形或晶體，晶體顆粒尺寸為5-50nm；每100份質(zhì)量的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料中，碳的質(zhì)量為3～8。

所述的燃料為水溶性有機(jī)物，水溶性淀粉、葡萄糖、羥基葡萄糖、殼聚糖、檸檬酸、蔗糖、水溶性纖維素中的一種或兩種以上混合。

選擇氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液或氨水調(diào)節(jié)前驅(qū)體水溶液的ph，優(yōu)選為氨水。

步驟(2)中反應(yīng)溫度從室溫升高到215℃，升溫速率為30-50℃/min，優(yōu)選的升溫速率為40℃/min。

步驟(2)中反應(yīng)溫度為215℃。

本發(fā)明的有益效果：利用溶液燃燒法制備羥基硝酸鎳/碳復(fù)合材料，不僅制備過程簡單，降低了能量的消耗，而且可以大規(guī)模制備且制備的材料表現(xiàn)出較高的比容量，在1a/g的電流密度下，容量可達(dá)1086f/g，在超級電容器領(lǐng)域具有巨大的潛力和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中制備的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的xrd圖。

圖2為本發(fā)明中制備的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料電極材料的tem圖。

圖3為本發(fā)明中制備的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料電極材料的恒電流充放電圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

稱取質(zhì)量比為8:1的硝酸鎳和葡萄糖，先將葡萄糖溶解于9ml去離子水中，完全溶解后向其中加入硝酸鎳，進(jìn)行超聲混合均勻，超聲時(shí)間20min，然后加入氨水調(diào)節(jié)溶液ph為4，再次超聲20min。然后在烘箱中從室溫逐漸升溫到215℃，在215℃反應(yīng)時(shí)間40min，將反應(yīng)后的材料進(jìn)行水洗，并在真空60℃干燥12h，得到最后的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料。

本實(shí)施例制得的超級電容器電極材料羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的xrd圖如圖1，可以看到生成了的羥基硝酸鎳，結(jié)晶程度不高。制備的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料電極材料的tem圖如圖2，可以觀察到表面光滑的無規(guī)則塊狀物質(zhì)；沒有觀察到明顯的條紋狀，說明是無定型的材料，更有利于電荷的傳遞；硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的恒電流充放電曲線可以看出在1a/g的電流密度下，容量可達(dá)1086f/g。因此采用本發(fā)明方法，可以大大簡化實(shí)驗(yàn)過程，并且采用的原料豐富，成本較低，同時(shí)還可以獲得較高的電化學(xué)容量。

實(shí)施例2

稱取質(zhì)量比為10:1的硝酸鎳和葡萄糖，先將葡萄糖溶解于9ml去離子水中，完全溶解后向其中加入硝酸鎳，進(jìn)行超聲混合均勻，超聲時(shí)間20min，然后加入氨水調(diào)節(jié)溶液ph為4，再次超聲20min。然后在烘箱中從室溫逐漸升溫到215℃，在215℃反應(yīng)時(shí)間40min，將反應(yīng)后的材料進(jìn)行水洗，并在真空60℃干燥12h，得到最后的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料。

該實(shí)施例羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的制備方法同實(shí)施例1，其差別僅在于前驅(qū)物中硝酸鎳與葡萄糖的質(zhì)量比為10:1。該實(shí)施例制備的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的容量為1054f/g。

實(shí)施例3

稱取質(zhì)量比為8:1的硝酸鎳和葡萄糖，先將葡萄糖溶解于9ml去離子水中，完全溶解后向其中加入硝酸鎳，進(jìn)行超聲混合均勻，超聲時(shí)間20min，然后加入氨水調(diào)節(jié)溶液ph為3，再次超聲20min。然后在烘箱中從室溫逐漸升溫到215℃，在215℃反應(yīng)時(shí)間40min，將反應(yīng)后的材料進(jìn)行水洗，并在真空60℃干燥12h，得到最后的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料。

該實(shí)施例羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的制備方法同實(shí)施例1，其差別僅在于前驅(qū)物ph調(diào)節(jié)為3。該實(shí)施例制備的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的容量為1023f/g。

實(shí)施例4

稱取質(zhì)量比為8:1的硝酸鎳和水溶性淀粉，先將水溶性淀粉溶解于9ml去離子水中，完全溶解后向其中加入硝酸鎳，進(jìn)行超聲混合均勻，超聲時(shí)間20min，然后加入氨水調(diào)節(jié)溶液ph為4，再次超聲20min。然后在烘箱中從室溫逐漸升溫到215℃，在215℃反應(yīng)時(shí)間40min，將反應(yīng)后的材料進(jìn)行水洗，并在真空60℃干燥12h，得到最后的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料。

該實(shí)施例羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的制備方法同實(shí)施例1，其差別僅在于前驅(qū)物中燃料選擇為水溶性淀粉。該實(shí)施例制備的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的容量為1066f/g。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料的制備方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。將水溶性有機(jī)燃料溶解在水中攪拌均勻；將硝酸鎳加入上述水溶液中攪拌均勻得到前驅(qū)物水溶液；調(diào)節(jié)前驅(qū)物水溶液的pH；前驅(qū)物水溶液置于加熱設(shè)備中，通入空氣，升高溫度，反應(yīng)一定時(shí)間，得到復(fù)合材料水洗、干燥即得到一種羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料。本發(fā)明通過一步反應(yīng)制備羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料，制備工藝簡單、快速、能耗低且適用于大規(guī)模生產(chǎn)。制備的羥基硝酸鎳/碳復(fù)合電極材料具有納米級尺寸，羥基硝酸鎳結(jié)晶度低，具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，可以作超級電容器的電極材料。

技術(shù)研發(fā)人員：趙英淵;馬廷麗;江念;郭靜;李艷強(qiáng);高立國
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.11
技術(shù)公布日：2017.10.13