一种碳填充泡沫镍及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电极材料领域，尤其涉及一种碳填充泡沫镍及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的碳填充泡沫镍制备方法包括以下步骤：将泡沫镍浸渍在碳源水溶液中，加热碳化，得到碳填充泡沫镍；所述碳源水溶液中含有葡萄糖和乙二胺。本发明专利技术提供的方法以葡萄糖作为浸渍泡沫镍的碳源，并在浸渍泡沫镍时引入乙二胺，从而显著提高了制得的碳填充泡沫镍的碳填充度，进而提高了碳填充泡沫镍的电学性能。实验结果表明，采用本发明专利技术提供的方法制得的碳填充泡沫镍几乎密不透光，不再有大的空隙透光；采用该碳填充泡沫镍制得的超级电容器75次循环后容量仍保持在原始容量的60％以上，具有较好的电化学稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电极材料领域，尤其涉及一种碳填充泡沫镍及其制备方法和应用。
技术介绍
超级电容器作为新一代储能元件，以其高倍率充放电性能，高功率密度，长久的循环寿命而被广泛关注，在信息、交通、电子等领域具有很大的潜能和应用价值。超级电容器的性能主要依赖于电极材料的活性及动力学特性，因此，为了提高超级电容器的电化学性能，选用合适的电极材料，优化其结构，提高电极材料的活性及动力学特性，就显得尤为重要。当前制备的超级电容器的电极多以泡沫镍作为集流体，然而由于泡沫镍的多孔结构，其上留有大量的未被利用的空间，从而导致以泡沫镍作为集流体材料的超级电容器的电学性能难以令人满意。为解决这个问题，已有研究人员开展提高泡沫镍空间利用度的研究。比如，通过采用向泡沫镍中填充葡萄糖、纤维素或纳米碳材料等碳源材料的方式将泡沫镍制成碳填充泡沫镍，以提高泡沫镍的空间利用度。但现有碳填充泡沫镍的碳填充度较低，导致由其制成的超级电容器的电学性能较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种碳填充泡沫镍及其制备方法和应用，采用本专利技术提供的方法制得的碳填充泡沫镍具有较高的碳填充度，电学性能优良。本专利技术提供了一种碳填充泡沫镍的制备方法，包括以下步骤：将泡沫镍浸渍在碳源水溶液中，加热碳化，得到碳填充泡沫镍；所述碳源水溶液中含有葡萄糖和乙二胺。优选的，所述葡萄糖在碳源水溶液中的含量为0.1～0.5g/mL。优选的，所述乙二胺在碳源水溶液中的含量为0.01～0.1mL/mL。优选的，所述碳源水溶液中还含有碳素材料；所述碳素材料包括石墨烯和/或碳纳米管。优选的，所述碳素材料在碳源水溶液中的含量为1～2mg/mL。优选的，所述加热碳化的温度为160～190℃；所述加热碳化的时间为12～24h。优选的，所述泡沫镍的孔径为50～200μm；所述泡沫镍的比表面积为0.5～2.0m2/g。优选的，加热碳化得到的产物依次进行洗涤和干燥，得到碳填充泡沫镍。本专利技术提供了一种上述技术方案所述方法制备得到的碳填充泡沫镍。本专利技术提供了一种超级电容器，所述超级电容器的电极材料包括上述技术方案所述的碳填充泡沫镍。与现有技术相比，本专利技术提供了一种碳填充泡沫镍及其制备方法和应用。本专利技术提供的碳填充泡沫镍制备方法包括以下步骤:将泡沫镍浸渍在碳源水溶液中，加热碳化，得到碳填充泡沫镍；所述碳源水溶液中含有葡萄糖和乙二胺。本专利技术提供的方法以葡萄糖作为浸渍泡沫镍的碳源，并在浸渍泡沫镍时引入乙二胺，从而显著提高了制得的碳填充泡沫镍的碳填充度，进而提高了碳填充泡沫镍的电学性能。实验结果表明，采用本专利技术提供的方法制得的碳填充泡沫镍几乎密不透光，不再有大的空隙透光；采用该碳填充泡沫镍制得的超级电容器75次循环后容量仍保持在原始容量的60％以上，具有较好的电化学稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1提供的碳填充泡沫镍数码照片图；图2是本专利技术实施例1提供的碳填充泡沫镍扫描电镜图；图3是本专利技术实施例2提供的碳填充泡沫镍×300扫描电镜图；图4是本专利技术实施例2提供的碳填充泡沫镍×10,000扫描电镜图；图5是本专利技术实施例3提供的由实施例1碳填充泡沫镍组装成的超级电容器在不同倍率下充放电性能循环曲线图；图6是本专利技术实施例3提供的由实施例1碳填充泡沫镍组装成的超级电容器在不同倍率下充放电曲线图；图7是本专利技术实施例3提供的由实施例2碳填充泡沫镍组装成的超级电容器在不同倍率下充放电性能循环曲线图。具体实施方式下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种碳填充泡沫镍的制备方法，包括以下步骤：将泡沫镍浸渍在碳源水溶液中，加热碳化，得到碳填充泡沫镍；所述碳源水溶液中含有葡萄糖和乙二胺。在本专利技术提供的制备方法中，首先将泡沫镍浸渍在碳源水溶液中。其中，所述泡沫镍的孔径优选为50～200μm；所述泡沫镍的比表面积优选为0.5～2.0m2/g。在本专利技术中，所述碳源水溶液中含有葡萄糖和乙二胺；所述述葡萄糖在碳源水溶液中的含量优选为0.1～0.5g/mL，更优选为0.2～0.4g/mL，最优选为0.32～0.33g/mL；所述乙二胺在碳源水溶液中的含量优选为0.01～0.1mL/mL，更优选为0.03～0.07mL/mL，最优选为0.054mL/mL。在本专利技术中，所述碳源水溶液中优选还含有碳素材料；所述碳素材料优选包括石墨烯和/或碳纳米管；所述碳素材料在碳源水溶液中的含量优选为1～2mg/mL，更优选为1.2～1.5mg/mL，最优选为1.35～1.36mg/mL。在本专利技术中，优选在将泡沫镍浸渍在碳源水溶液中之前对所述泡沫镍依次进行洗涤和干燥。在本专利技术中，所述洗涤的方式具体为：先将所述泡沫镍 浸渍在盐酸中，之后使用丙酮超声洗涤，最后使用去离子水和纯酒精交替洗涤。其中，所述盐酸的浓度优选为0.2～0.8mol/L，更优选为0.5～0.6mol/L；所述泡沫镍在盐酸中浸渍的时间优选为10～30min，更优选为20～25min；所述超声洗涤的时间优选为5～20min，更优选为10～15min。在将泡沫镍浸渍在碳源水溶液中之后，进行加热碳化。其中，所述加热碳化的温度优选为160～190℃，更优选为180～190℃；所述加热碳化的时间优选为12～24h。加热碳化结束后，得到加热碳化产物。在本专利技术中，优选对加热碳化得到的产物依次进行洗涤和干燥。其中，所述洗涤的方式优选为使用酒精和去离子水交替清洗；所述干燥的方式优选为常温晾干或冷冻干燥；所述干燥的时间优选为48～96h，更优选为60～72h。干燥完毕后，得到碳填充泡沫镍。本专利技术提供的方法以葡萄糖作为浸渍泡沫镍的碳源，并在浸渍泡沫镍时引入乙二胺，从而显著提高了制得的碳填充泡沫镍的碳填充度，进而提高了碳填充泡沫镍的电学性能。实验结果表明，采用本专利技术提供的方法制得的碳填充泡沫镍几乎密不透光，不再有大的空隙透光；采用该碳填充泡沫镍制得的超级电容器75次循环后容量仍保持在原始容量的60％以上，具有较好的电化学稳定性。本专利技术还提供了一种上述技术方案所述方法制备得到的碳填充泡沫镍。本专利技术还提供了一种超级电容器，所述超级电容器的电极材料包括上述技术方案所述的碳填充泡沫镍。本专利技术提供的超级电容器包括正极、负极、电解液和介于正极与负极之间的隔离膜。其中，所述正极和负极的材料包括所述碳填充泡沫镍；所述电解液优选为锂盐的有机溶液；所述电解液中的电解质优选为六氟磷酸锂；所述电解液中的溶剂优选为聚乙烯吡咯烷酮、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种，更优选为碳酸二乙酯；所述电解液中电解质的摩尔浓度优选为0.1～3mol/L，更优选为0.5～1.5mol/L，最优选为1mol/L；所述隔离膜优选为剥离纤维。在本专利技术中，按本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳填充泡沫镍的制备方法，包括以下步骤：将泡沫镍浸渍在碳源水溶液中，加热碳化，得到碳填充泡沫镍；所述碳源水溶液中含有葡萄糖和乙二胺。

【技术特征摘要】
1.一种碳填充泡沫镍的制备方法，包括以下步骤：将泡沫镍浸渍在碳源水溶液中，加热碳化，得到碳填充泡沫镍；所述碳源水溶液中含有葡萄糖和乙二胺。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述葡萄糖在碳源水溶液中的含量为0.1～0.5g/mL。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙二胺在碳源水溶液中的含量为0.01～0.1mL/mL。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳源水溶液中还含有碳素材料；所述碳素材料包括石墨烯和/或碳纳米管。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳素材料在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张育新，刘晓英，陈浩，张丽莉，朱士锦，马俊俊，刘晓莉，王恬，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50