一种高能量密度氢氧化钴薄膜电极的原位制备方法技术

一种高能量密度氢氧化钴薄膜电极的原位制备方法，其主要步骤包括：(1)将金属集流体清洗除尘、除油以获得清洁的表面；(2)通过电镀技术在集流体表面电沉积金属钴层，控制钴镀层厚度在1‑20微米；(3)配置原位制备所用的电解质溶液，溶剂为去离子水，溶质主要成分为金属碱；(4)将清洗干净的镀钴的电极浸入到所配置的电解质溶液中，通过电化学氧化‑还原技术对电极表面进行持续活化，即可获得具有高能量密度的氢氧化钴薄膜电极。本发明专利技术工艺简单、易于操作、生产成本低，所制备薄膜电极在碱性体系中储能活性高，原材料易回收，适合工业化大生产。

【技术实现步骤摘要】
一种高能量密度氢氧化钴薄膜电极的原位制备方法
本专利技术属于新材料
，特别涉及一种电极材料的制备方法。
技术介绍
由于石化燃料等不可再生能源过度污染物排放导致的环境污染成为当前社会亟待解决的重大问题。电能由于作为能源使用不产生污染物排放，因此作为清洁能源使用，有望缓解环境污染问题。基于这一背景，作为存储电能的设备——电源在电能的使用中不可或缺，从而具有越来越重要的作用，诸如在电动交通工具(电动汽车、电动车)、小型移动设备(手机、笔记本)、工业应急电源等领域。目前能够广泛应用的电池有铅酸蓄电池和锂离子电池。铅酸蓄电池的主要问题在于其功率密度低，循环寿命短，会造成重金属污染。锂离子电池的主要问题在于功率密度低，循环寿命不足，成本较高，并存在重要的安全隐患(易燃易爆)。针对以上问题，开发高功率密度，低安全隐患的电极材料具有重要的应用意义。基于碱性水溶液体系开发高活性的储能电极材料具有重要意义，这主要因为相较于有机体系，水溶液体系的安全性极高，而且在生产和使用成本上都极有优势。目前国内外学者基于碱性水溶液体系着重于开发赝电容材料，该材料虽然可以解决电池的功率密度问题，但在能量密度方面却需要极大地改进。因此，开发基于碱性水溶液体系的具有高能量密度的电极材料意义重大。
技术实现思路
本专利技术的提供一种工艺简单，易于操作，生产成本低，生产周期短，具有高能量密度并适合工业化大生产的高能量密度氢氧化钴薄膜电极的原位制备方法。本专利技术的技术方案具体如下：(1)将金属集流体清洗除尘、除油以获得清洁的表面；所述金属集流体化学性质稳定的电极导体，其包括：泡沫镍基体、镍箔基体、不锈钢网基体或不锈钢箔基体；(2)通过常规能够获得钴镀层的电镀技术在集流体表面电沉积金属钴层，控制钴镀层厚度在1-20微米，制得镀钴的电极；(3)配置原位制备所用的电解质溶液，溶剂为去离子水，溶质主要成分为金属碱；所述电解质溶液中金属碱的浓度为0.5-10mol/L；所述金属碱为：KOH、NaOH的一种或两种，两种时其质量比为1:1-2；(4)将清洗干净的镀钴的电极浸入到所配置的电解质溶液中，通过电化学氧化-还原技术对电极表面进行持续活化，获得高能量密度氢氧化钴薄膜电极；所述电化学氧化-还原技术为恒电流阶跃或恒电位阶跃。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1、工艺简单，易于操作，生产成本低。2、生产周期短，所制备电极产品的能量密度高，原材料容易回收，适合工业化大生产。附图说明图1为本专利技术实施例1得到高能量密度氢氧化钴薄膜电极的扫描电镜图。图2位本专利技术实施例1得到的高能量密度氢氧化钴薄膜电极的充放电曲线图。具体实施方式实施例1首先，将商业泡沫镍基体用去离子水和乙醇分别清洗以除尘、除油从而获得清洁的镍表面；其次，通过电镀技术在泡沫镍表面电沉积金属钴层，控制钴镀层厚度在20微米；然后，配制KOH碱性电解液，KOH浓度为6mol/L；然后，将清洗干净的镀钴的电极浸入到所配置的电解质溶液中，通过恒电流阶跃-(电流密度：50mA/cm2)技术对电极表面进行持续活化，即可获得具有高能量密度的氢氧化钴薄膜电极。如图1所示，可以看到，所制备的薄膜材料分布均匀。如图2所示，可以看出该薄膜电极表现出高能量密度。实施例2首先，将商业镍箔基体用去离子水和乙醇分别清洗以除尘、除油从而获得清洁的镍表面；其次，通过电镀技术在镍表面电沉积金属钴层，控制钴镀层厚度在1微米；然后，配制NaOH碱性电解液，NaOH浓度为10mol/L；然后，将清洗干净的镀钴的电极浸入到所配置的电解质溶液中，通过恒电流阶跃(电流密度：-50mA/cm2～+50mA/cm2)技术对电极表面进行持续活化，即可获得具有高能量密度的氢氧化钴薄膜电极。实施例3首先，将商业不锈钢网基体用去离子水和乙醇分别清洗以除尘、除油从而获得清洁的不锈钢表面；其次，通过电镀技术在不锈钢网表面电沉积金属钴层，控制钴镀层厚度在1微米；然后，配制NaOH+KOH碱性电解液，NaOH浓度为4mol/L，KOH浓度为2mol/L；然后，将清洗干净的镀钴的电极浸入到所配置的电解质溶液中，通过恒电位阶跃(阶跃电位差>1V)技术对电极表面进行持续活化，即可获得具有高能量密度的氢氧化钴薄膜电极。实施例4首先，将商业不锈钢箔基体用去离子水和乙醇分别清洗以除尘、除油从而获得清洁的表面；其次，通过电镀技术在不锈钢箔表面电沉积金属钴层，控制钴镀层厚度在10微米；然后，配制NaOH+KOH碱性电解液，NaOH浓度为0.5mol/L，KOH浓度为0.5mol/L；然后，将清洗干净的镀钴的电极浸入到所配置的电解质溶液中，通过恒电流阶跃(电流密度：-50mA/cm2～+50mA/cm2，)技术对电极表面进行持续活化，即可获得具有高能量密度的氢氧化钴薄膜电极。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高能量密度氢氧化钴薄膜电极的原位制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：(1)将金属集流体清洗除尘、除油以获得清洁的表面；(2)通过常规能够获得钴镀层的电镀技术在集流体表面电沉积金属钴层，控制钴镀层厚度在1‑20微米，制得镀钴的电极；(3)配置原位制备所用的电解质溶液，溶剂为去离子水，溶质主要成分为金属碱；(4)将清洗干净的镀钴的电极浸入到所配置的电解质溶液中，通过电化学氧化‑还原技术对电极表面进行持续活化，获得高能量密度氢氧化钴薄膜电极。

【技术特征摘要】
1.一种高能量密度氢氧化钴薄膜电极的原位制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：(1)将金属集流体清洗除尘、除油以获得清洁的表面；(2)通过常规能够获得钴镀层的电镀技术在集流体表面电沉积金属钴层，控制钴镀层厚度在1-20微米，制得镀钴的电极；(3)配置原位制备所用的电解质溶液，溶剂为去离子水，溶质主要成分为金属碱；(4)将清洗干净的镀钴的电极浸入到所配置的电解质溶液中，通过电化学氧化-还原技术对电极表面进行持续活化，获得高能量密度氢氧化钴薄膜电极。2.根据权利要求1所述的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊玉欠，王慧娟，董月，王璐萌，武迎华，曾磊，李子轩，张文波，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13