超級電容器電極材料Zn摻雜NiCo2O4復合物及制備方法與流程

本發明涉及一種超級電容器電極材料zn摻雜nico2o4復合物及制備方法。

技術背景

目前廣泛研究的超級電容器因高比電容、長循環壽命、快速充放電速率和安全性等優點，而成為一種具有重要發展前景的儲能裝置。然而，相對于電池和燃料電池，超級電容器低的能量密度嚴重制約著其未來大面積的實際應用。

研究表明，開發新型、高性能電極材料是提高超級電容器能量密度的一種有效方法。nico2o4和znco2o4等雙金屬氧化物由于高電導率和法拉第可逆反應的多個氧化態，而被認為是新一類高性能電極材料。但單一的nico2o4或znco2o4電極材料的性能仍有待進一步提高。在nico2o4中摻雜鋅元素被認為是一種有效的提高nico2o4電極材料電化學性能的方法，主要因為zn能提供優異的電導率和電容性能。因此，通過一種簡單的方法制備zn摻雜nico2o4電極材料對提高超級電容器性能顯得極為重要。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種超級電容器電極材料zn摻雜nico2o4復合物及制備方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種超級電容器電極材料zn摻雜nico2o4復合物的制備方法，包括以下步驟：

1)含有硝酸鋅、硝酸鎳、硝酸鈷、氟化銨和尿素的混合溶液和導電基底經水熱反應，得到附著有前驅體的導電基底；其中，硝酸鋅、硝酸鎳、硝酸鈷的摩爾比為0.1～1:1:2；

2)煅燒附著有前驅體的導電基底，附著在導電基底上的前驅體經煅燒轉化為zn摻雜nico2o4復合物。

步驟2)附著有前驅體的導電基底經過洗滌和干燥后進行煅燒。優選的，用去離子水和/或乙醇進行洗滌處理。

步驟1)中，氟化銨與硝酸鎳的摩爾比為1～20:1，尿素與硝酸鎳的摩爾比為5～30:1。

步驟1)中，水熱反應條件為，溫度95～150℃，時長3～20小時。

步驟1)混合溶液中，硝酸鎳的濃度為0.01～0.1mmol/ml。優選地，硝酸鎳的濃度為0.01～0.05mmol/ml。

導電基底為泡沫鎳、碳布、碳纖維紙或者鈦片。

步驟1)中，用于水熱反應的導電基底經清洗處理，用于水熱反應的混合溶液為水溶液。

步驟2)中，附著有前驅體的導電基底在250～450℃下煅燒2～10小時。煅燒處理在馬弗爐或管式爐中進行。

由上所述制備方法制備所得zn摻雜nico2o4復合物，是由納米線相互穿插編織成網狀納米片陣列，具有多孔結構。

其中，zn摻雜nico2o4復合物中的“zn”指代鋅元素。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

(1)本發明制備的鋅元素摻雜nico2o4復合物，由納米線相互穿插編織成網狀納米片陣列，具有多孔結構，有利于電解液的浸潤，提高該復合物的電化學性能。還可通過調整鋅元素摻雜量，調節該復合物的電化學性能。本發明的zn摻雜nico2o4材料在電化學領域具有很重要的實際應用潛能。

(2)本發明zn摻雜nico2o4復合物的制備方法，操作簡便，過程易控制，無污染。

附圖說明

圖1是本發明實施例1制備的zn摻雜nico2o4復合物的掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步示例性地詳細說明本發明。需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發明，但并不構成對本發明的限定。

實施例1

1)稱取1mmol六水合硝酸鎳(ni(no3)2·6h2o)、2mmol六水合硝酸鈷(co(no3)2·6h2o)、0.75mmol六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)、10mmol氟化銨(nh4f)和15mmol尿素，溶解到50ml水中，并充分攪拌，得到混合溶液。

2)將步驟1)所得混合溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應釜中并放入一塊已經清洗過的泡沫鎳，將反應釜放入鼓風干燥箱中，120℃水熱條件下反應12小時，反應結束后冷卻反應釜至室溫，并取出長有前驅體的泡沫鎳，分別用去離子水和乙醇洗滌，并干燥。

3)在馬弗爐中煅燒長有前驅體的泡沫鎳，煅燒溫度為300℃，時間為2小時，附著在泡沫鎳上的前驅體經煅燒轉化為zn摻雜nico2o4復合物。其電鏡掃描圖如圖1所示，復合物是由納米線相互穿插編織成網狀納米片陣列，具有多孔結構，有利于電解液的浸潤，提高該復合物的電化學性能。

實施例2

1)稱取1mmol六水合硝酸鎳(ni(no3)2·6h2o)、2mmol六水合硝酸鈷(co(no3)2·6h2o)、0.1mmol六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)、5mmol氟化銨(nh4f)和30mmol尿素溶解到50ml水中，并充分攪拌，得到混合溶液。

2)將步驟1)所得混合溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應釜中并放入一塊已經清洗過的碳布，將反應釜放入鼓風干燥箱中，150℃水熱條件下反應3小時，反應結束后冷卻反應釜至室溫，并取出長有前驅體的泡沫鎳，分別用去離子水和乙醇洗滌，并干燥。

3)在馬弗爐中煅燒長有前驅體的泡沫鎳，煅燒溫度為450℃，時間為2小時，附著在泡沫鎳上的前驅體經煅燒轉化為zn摻雜nico2o4復合物。該復合物具有多孔結構，為納米線相互穿插編織成網狀納米片陣列。

實施例3

1)稱取1mmol六水合硝酸鎳(ni(no3)2·6h2o)、2mmol六水合硝酸鈷(co(no3)2·6h2o)、1mmol六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)、20mmol氟化銨(nh4f)和5mmol尿素溶解到50ml水中，并充分攪拌，得到混合溶液。

2)將步驟1)所得混合溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應釜中并放入一塊已經清洗過的碳纖維紙，將反應釜放入鼓風干燥箱中，95℃水熱條件下反應20小時，反應結束后冷卻反應釜至室溫，并取出長有前驅體的泡沫鎳，分別用去離子水和乙醇洗滌，并干燥。

3)在馬弗爐中煅燒長有前驅體的泡沫鎳，煅燒溫度為250℃，時間為10小時，附著在泡沫鎳上的前驅體經煅燒轉化為zn摻雜nico2o4復合物。該復合物具有多孔結構，為納米線相互穿插編織成網狀納米片陣列。

實施例4

1)稱取原料1mmol六水合硝酸鎳(ni(no3)2·6h2o)、2mmol六水合硝酸鈷(co(no3)2·6h2o)、0.45mmol六水合硝酸鋅(zn(no3)2·6h2o)、2mmol氟化銨(nh4f)和25mmol尿素溶解到50ml水中，并充分攪拌，得到混合溶液。

2)將步驟1)所得混合溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應釜中并放入一塊已經清洗過的泡沫鎳，將反應釜放入鼓風干燥箱中，100℃水熱條件下反應10小時，反應結束后冷卻反應釜至室溫，并取出長有前驅體的泡沫鎳，分別用去離子水和乙醇洗滌，并干燥。

3)在馬弗爐中煅燒長有前驅體的泡沫鎳，煅燒溫度為400℃，時間為2.5小時，附著在泡沫鎳上的前驅體經煅燒轉化為zn摻雜nico2o4復合物。該復合物具有多孔結構，為納米線相互穿插編織成網狀納米片陣列。