本发明专利技术涉及一种NiCo2O4基复合材料在水系不对称超级电容器中，属于化学电源技术领域。该电容器包括：(1)活性炭(AC)/NiCo2O4复合材料作为超级电容器正极材料；(2)AC作为超级电容器负极材料；(3)KOH溶液作为电解液，将上述AC/NiCo2O4正极材料和AC负极材料组装成不对称超级电容器。本发明专利技术得到的NiCo2O4基复合材料不对称超级电容器的电压窗口为1.5V，具有高的能量密度，循环稳定性好、低的内阻，且具有制备工艺简单、使用安全、绿色环保和成本低等特点，适于商业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种NiCoO4基复合材料在水系不对称超级电容器，属于化学电源
技术介绍
超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储存器件，由于它具有功率密度高、充放电速度快和循环寿命长等特点，引起世界范围研究者的广泛关注。然而，超级电容器目前能量密度通常在10Wh kg-1以下，远远小于目前商业化的电池如锂离子电池、镍氢电池等。为了提高超级电容器的能量密度，根据能量密度公式：E＝1/2CU2，其中C为比容量，U为电压窗口，可以从两方面着手：一种方法在于开发具有高比电容的电极材料，另一有效的途径是采用不对称结构，即一极采用赝电容电极，另一极采用双电层电极。采用该不对称结构可以提高超级电容器的工作电压，从而提高能量密度。自2010年C.C.Hu等[Adv.Mater,22(2010)]首次报道NiCo2O4作为超级电容器电极材料以来，已经得到世界范围广大研究者的广泛关注，由于它具有比NiO和Co3O4更高的电导率和电化学反应活性，且具有低的成本、环境友好，更最要的是拥有很高的理论容量，因此，被认为是下一代最能满足实际应用的高性能超级电容器电极材料。这主要是由于其具有高的电导率、高的电化学反应活性、低的成本、环境友好，而且具有很高的理论比容量。尽管当前已有大量的文献报道NiCo2O4作为超级电容器电极材料，钴酸镍基复合材料的报道仍然很少，如一些研究者报道了石墨烯(或还原石墨烯)/NiCo2O4和碳纳米管/NiCo2O4复合材料[Nano Res.,5(2012)；J.Mater.Chem.,22(2012)；J.Phys.Chem.C,116(2012)]作为超级电容器电极材料，它们展现出更为优异的电化学行为，尤其是倍率性能和循环稳定性。然而石墨烯和碳纳米管高的成本很大程度上限制了其商业化的大规模应用，因而利用廉价的碳材料构建高性能的NiCo2O4基复合材料是很有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低成本高性能的AC/NiCo2O4复合材料制备的水系不对称型超级电容器。该水系不对称超级电容器拓宽了电压窗口，提高了能量密度，克服了传统电容器能量密度低等缺点。本专利技术将通过以下技术方案得以实现：一种基于NiCo2O4基复合材料的水系不对称型超级电容器，由正极、负极、隔膜、电解液、正极垫片、负极垫片和外壳组成；所述的不对称型超级电容器的正极采用AC/NiCo2O4复合材料制作，负极采用AC(活性炭)制作，电解液为水系电解液；所述的AC/NiCo2O4复合材料的制备方法，包括以下步骤：A、将聚乙烯吡咯烷酮(PVP，M.W.58)和AC溶解于乙二醇溶剂中，搅拌混合均匀；接着往上述溶液中加入原料Ni(Ac)2·4H2O(四水醋酸镍)和Co(Ac)2·4H2O，(四水醋酸钴)并充分搅拌得到混合溶液；B、将步骤A所得的混合溶液进行回流反应，反应完后自然冷却到室温；C、将步骤B所得的产物离心分离，洗涤、干燥，将所得到的前驱体煅烧，即得最终产物。所述步骤A中，PVP的浓度为0.25-4g/L。所述步骤A中加入的AC在复合材料中所占质量百分数为5-40％。Ni(Ac)2·4H2O和Co(Ac)2·4H2O物质的量为1:2。所述的步骤B中回流反应温度为160-200℃。回流反应时间为1.5-10h。所述步骤C中，煅烧温度为250-400℃。所述步骤C中，煅烧时间为1.5-5h。将步骤B所得的产物用离心机以10000转/分的转速分离，分别用乙醇洗涤数次，然后在60℃下干燥24h，将所得到的前驱体空气气氛下煅烧即得最终产物。AC/NiCo2O4复合材料制作正极的方法如下：将AC/NiCoO4、乙炔黑、聚偏二氟乙烯按质量比70:20:10的比例混合，加入少量N-甲基吡咯烷酮并搅拌至完全混合均匀，然后将上述混合物均匀的涂覆在泡沫镍上，120℃中空干燥12h，最后在10MPa下压片处理，制成不对称超级电容器的正极；所述的AC材料制作负极的方法如下：将AC、乙炔黑、聚偏二氟乙烯按质量比70:20:10的比例混合，加入少量NMP并搅拌至完全混合均匀，然后将上述混合物均匀的涂覆在泡沫镍上，120℃中空干燥12h，最后在10MPa下压片处理，制成不对称超级电容器的负极。本专利技术AC/NiCoO4//AC水系不对称超级电容器的组装：以AC/NiCoO4电极为正极，AC电极为负极，2M的KOH为电解液，玻璃纤维纸为隔膜，组装成纽扣式不对称超级电容器。有益效果(1)本专利技术所制备AC/NiCoO4复合材料采用一种新颖、工艺简单、低成本、环境友好的回流合成路径，特别适合于大规模的工业化生产。(2)本专利技术所采用的回流合成方法可以获得大比表面积、高电导率的AC/NiCoO4复合材料，通过控制PVP的浓度可以得到不同形貌及粒径大小的产品，从而获得理想的超级电容器电极材料。(3)本专利技术是利用AC/NiCoO4复合材料所构建的不对称超级电容器电压窗口拓宽到1.5V，不仅具有高的能量密度(29.2Wh kg-1)，远高于目前商业化的超级电容器的能量密度(通常低于10Wh kg-1以下)，而且具有优异的循环稳定性和低的内阻。附图说明图1是本专利技术中实施例1制备的AC/NiCoO4复合材料的X射线衍射图；图2是本专利技术中实施例1制备的AC/NiCoO4复合材料的扫描电镜图；图3是本专利技术中实施例1制备的AC/NiCoO4//AC不对称超级电容器在20mV s-1扫速下的循环伏安图；图4是本专利技术中实施例1制备的AC/NiCoO4//AC不对称超级电容器在1A g-1电流密度下的恒流充放电图；图5是本专利技术中实施例1制备的AC/NiCoO4//AC不对称超级电容器在3A g-1电流密度下的循环稳定性图；图6是本专利技术中实施例1制备的AC/NiCoO4//AC不对称超级电容器的交流阻抗图。具体实施方式以下结合实例对本专利技术作进一步说明，而不会形成对本专利技术的限制。实施例1：(1)AC/NiCoO4复合材料的制备A分别称取原料0.05g聚乙烯吡咯烷酮(PVP，M.W.58)和60mg AC溶解于200mL乙二醇溶剂中，超声搅拌混合均匀。接着往上述溶液中加入0.498g Ni(AC)2·4H2O和0.996g Co(AC)2·4H2O，并充分搅拌得到混合溶液。B将上述所得的混合溶液转移到500mL圆底烧瓶中进行回流反应，反应温度为180℃，反应时间为1.本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于NiCo2O4基复合材料的水系不对称型超级电容器，由正极、负极、隔膜、电解液、正极垫片、负极垫片和外壳组成；其特征在于：所述的不对称型超级电容器的正极采用AC/NiCo2O4复合材料制作，负极采用AC制作，电解液为水系电解液；所述的AC/NiCo2O4复合材料的制备方法，包括以下步骤：A、将聚乙烯吡咯烷酮和AC溶解于乙二醇溶剂中，搅拌混合均匀；接着往上述溶液中加入原料Ni(Ac)2·4H2O和Co(Ac)2·4H2O，并充分搅拌得到混合溶液；B、将步骤A所得的混合溶液进行回流反应，反应完后自然冷却到室温；C、将步骤B所得的产物离心分离，洗涤、干燥，将所得到的前驱体煅烧，即得最终产物。
【技术特征摘要】
1.一种基于NiCo2O4基复合材料的水系不对称型超级电容器，由正极、负极、隔膜、电
解液、正极垫片、负极垫片和外壳组成；其特征在于：所述的不对称型超级电容器的正极采
用AC/NiCo2O4复合材料制作，负极采用AC制作，电解液为水系电解液；
所述的AC/NiCo2O4复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将聚乙烯吡咯烷酮和AC溶解于乙二醇溶剂中，搅拌混合均匀；接着往上述溶液中加
入原料Ni(Ac)2·4H2O和Co(Ac)2·4H2O，并充分搅拌得到混合溶液；
B、将步骤A所得的混合溶液进行回流反应，反应完后自然冷却到室温；
C、将步骤B所得的产物离心分离，洗涤、干燥，将所得到的前驱体煅烧，即得最终产
物。
2.根据权利要求1所述的基于NiCo2O4基复合材料的水系不对称型超级电容器，其特征
在于，所述步骤A中，PVP的浓度为0.25-4g/L。
3.根据权利要求1或2所述的基于NiCo2O4基复合材料的水系不对称型超级电容器，其
特征在于，所述步骤A中加入的AC在复合材料中所占质量百分数为5-40％。
4.根据权利要求1或2所述的基于NiCo2O4基复合材料的水系不对称型超级电容器，其
特征在于，Ni(Ac)2·4H2O和Co(Ac)2·4H2O物质的量为1:2。
5.根据权利要求1所述的基于NiCo2O4基复合材料的水系不对称型超级电容器，其特征
在于，所述的步骤B中回流反应温度为160-200℃。
6.根据权利要求1或5所...
【专利技术属性】
技术研发人员：纪效波，朱裔荣，吴志彬，景明俊，贾鑫男，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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