本发明专利技术公开一种性能优异的双层纳米线分级结构NiCo2O4‑ZnCo2O4复合电极材料，属于新能源存储领域。本发明专利技术采用一步水热法结合煅烧工艺制备的泡沫镍负载NiCo2O4‑ZnCo2O4复合电极材料具有新颖的双层纳米线分级结构，内层直径15‑30nm的细纳米线横向交错分布，外层相邻的粗纳米线头部合并形成纳米线簇，在其顶部垂直生长出的粗纳米线。该复合电极材料具有优异的电化学性能：质量比电容和面积比电容在电流密度为2A g‑1时，分别为3087.1F g‑1和5.56F cm‑2；在20A g‑1时，分别为2205.8F g‑1和3.97F cm‑2，2000次循环的比电容保持率为101.0％。
A double layered nanowire hierarchical NiCo2O4-ZnCo2O4 composite electrode material with excellent performance
The invention discloses a double-layer nanowire hierarchical structure NiCo2O4_ZnCo2O4composite electrode material with excellent performance, which belongs to the field of new energy storage. The foam nickel loaded NiCo2O4 ZnCo2O4 composite electrode material prepared by one step hydrothermal method and calcining process has a novel double-layer nanowire structure. The inner layer of the inner diameter of 15 30nm is interlaced horizontally, and the adjacent coarse nanowire head is merged into the nanowires, which is vertically grown on the top of the nanowire. Coarse nanowires. The composite electrode material has excellent electrochemical performance: the mass ratio capacitance and area ratio of capacitance at the current density of 2A G 1 are 3087.1F G 1 and 5.56F cm 2 respectively; at 20A G 1, the ratio of specific capacitance retention is 101% for 2205.8F G 1 and 3.97F cm 22000 cycles respectively.
【技术实现步骤摘要】
一种性能优异的双层纳米线分级结构NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料
本专利技术涉及一种性能优异的双层纳米线分级结构NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料，属于新能源存储领域。
技术介绍
当今人类面临化石能源日渐短缺、环境日益恶化的严重问题，发展清洁的可再生的新型能量转化与存储装置迫在眉睫。超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件，具有充放电速度快、功率密度高、循环寿命长和环境友好等优点而成为业内的一个亮点，在混合动力新能源客车、轨道交通中的进站能量回收、电力电网中的上网和储能应用、轿车的智能启停系统等方面都有广泛的应用。相对于电池，超级电容器的能量密度比较低，而提高电极材料的比电容是提高超级电容器能量密度的有效途径之一。随着超级电容器应用领域的不断拓展，超级电容器电极材料的研究已受到科研工作者的广泛关注。根据储能机理不同，超级电容器可分为双电层电容器和赝电容器，后者性能优于前者。目前，赝电容器的电极材料主要有过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物、过渡金属硫化物等。以NiCo2O4为代表的三元过渡金属氧化物，由于具有比其单金属氧化物更好的导电性和更优越的电化学性能而受到热捧。研究者对三元过渡金属氧化物、硫化物电极材料在超级电容器的应用进行大量的研究工作。如Cai等人采用水热法制备NiCo2O4纳米片阵列电极，在电流密度为5mAcm-2时，面积比电容和质量比电容分别为2.61Fcm-2和1088Fg-1(DaopingCai,SonghuaXiao,DandanWang,BinLiu,LinglingWang,YuanLiu,HanLi,YanrongWang,QiuhongLi,TaihongWang,ElectrochimicaActa,2014,142,118–124)。专利CN103979618B，“一种超级电容器用钴酸镍纳米材料的合成方法”，将CoSO4·7H2O、NiSO4·6H2O与尿素加入去离子水中，并加入丙三醇进行水热反应，然后在管式炉300～400℃恒温煅烧3小时，制得钴酸镍纳米材料，比电容为960F/g。专利CN104465117A，“一种钴酸锌@二氧化锰核壳异质结构纳米管阵列材料、制备方法及其应用”，所专利技术的电极材料最大比电容为2458F/g。Huang等人采用静电纺丝结合共沉淀法制备出ZnCo2O4@NiCo2O4纳米线电极，在电流密度为1Ag-1时，比电容为1476Fg-1,2000次循环稳定性为98.9％(YunpengHuang,Yue-E.Miao,HengyiLu,andTianxiLiu，Chem.Eur.J.2015,21,1–10)。印度AnirbanMaitra等人采用水热法制备Zn-Fe-Co氧化物纳米线，在电流密度为1Ag-1时的质量比电容为2587.4Fg-1，3000次循环后电容保持率为95.5％(AnirbanMaitra,AmitKumarDas,RanadipBera,SumantaKumarKaran,SarbaranjanParia,SumanKumarSi,andBhanuBhusanKhatua，ACSAppl.Mater.Interfaces,2017,9,5947-5958)。南京大学Zhu等人在银溅射织物上采用两步水热法制备出由FeCo2S4–NiCo2S4纳米管构成三脚架结构的复合材料，在电流密度为5mAcm-2时，面积比电容和质量比电容分别为为3.5Fcm-2和1519Fg-1，是纯NiCo2S4纳米管阵列的12.5倍和纯FeCo2S4纳米管阵列的1.3倍(JianZhu,ShaochunTang,JuanWu,XilingShi,BaogangZhu,andXiangkangMeng,Adv.EnergyMater.,2016,1601234)。综上所述，三元过渡金属氧化物及其核壳结构、多组分过渡金属氧化物、三元过渡金属硫化物的复合物等有望成为超级电容器的理想电极材料，因而成为当前的研究热点。最近几年，过渡金属氧化物作为超级电容器电极的研究取得了一定的成果。NiCo2O4、ZnCo2O4等尖晶石结构的三元过渡金属氧化物由于良好的导电性，能够提供比其单金属氧化物更丰富的氧化还原反应，其比电容有一定程度的提高，但仍不能满足当前对具有高能量密度超级电容器的需要。三元过渡金属氧化物核-壳结构电极材料，由于充分利用核-壳两层材料的协同效应，进一步提高电极材料的比电容，但其制备一般采用两步水热法或一步水热法结合电沉积等方法，然后再进行煅烧处理，制备工艺相对繁琐。而由两种三元过渡金属氧化物构成的复合电极材料用于超级电容器的研究较少，当前几乎没有相关的文献报道。本专利技术采用简单的一步水热法结合煅烧工艺制备出性能优异的NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料，具有重要的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有电极材料存在的问题，提供一种制备工艺相对简单、性能优异的双层纳米线分级结构NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料，具体
技术实现思路
为：(1)以泡沫镍为导电基片，Ni(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、CO(NH2)2和NH4F为原料，采用一步水热法制备NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料的前躯体，煅烧其前躯体得到纳米NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料。(2)所制备的泡沫镍负载纳米NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料是由外层均匀的粗纳米线和内层的细纳米线构成的，具有新颖的双层纳米线分级结构。内层直径为15-30nm的细纳米线横向交错分布，外层直径为60-90nm、相邻的粗纳米线头部合并在一起，形成具有稳定结构的纳米线簇，并在其顶部垂直生长出带圆头的粗纳米线。直接生长于泡沫镍基片上的纳米线具有良好的导电性，纳米线之间有大量的孔隙，在电化学反应过程中便于电解液中离子的渗入和渗出，这为复合电极材料具有优异电化学性能提供重要的结构条件。(3)所制备的泡沫镍负载纳米NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料由于NiCo2O4和ZnCo2O4两种组分的协同效应和新颖的双层纳米线分级结构而具有优异的电化学性能，其质量比电容和面积比电容在电流密度为2Ag-1时分别为3087.1Fg-1和5.56Fcm-2；在电流密度为20Ag-1时分别为2205.8Fg-1和3.97Fcm-2，倍率为71.5％，2000次循环的质量比电容保持率为101.0％。附图说明图1为所制备的NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料的SEM扫描电镜照片。(a)低倍数SEM照片；(b)高倍数SEM照片。图2为所制备的NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料的面扫描照片。图3为所制备的NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料的XRD图谱。图4为所制备的NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料的电化学测试结果。(a)不同扫描速度下的循环伏安曲线；(b)不同电流密度下的充放电曲线；(c)不同电流密度下的质量比电容和面积比电容曲线；(d)阻抗图谱。图5为所制备的NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料在电流密度为20Ag-1时经过2000次循环的质量比电容变化图。具体实施方式下面结合附图本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种性能优异的双层纳米线分级结构NiCo2O4‑ZnCo2O4复合电极材料，其特征在于：所述复合电极材料具有新颖的双层纳米线分级结构，其制备过程为：以泡沫镍为导电基片，Ni(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、CO(NH2)2和NH4F为原料，采用一步水热法制备NiCo2O4‑ZnCo2O4复合电极材料的前躯体，煅烧其前躯体得到纳米NiCo2O4‑ZnCo2O4复合电极材料。
【技术特征摘要】
1.一种性能优异的双层纳米线分级结构NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料，其特征在于：所述复合电极材料具有新颖的双层纳米线分级结构，其制备过程为：以泡沫镍为导电基片，Ni(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、CO(NH2)2和NH4F为原料，采用一步水热法制备NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料的前躯体，煅烧其前躯体得到纳米NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料。2.根据权利要求1所述的一种性能优异的双层纳米线分级结构NiCo2O4-ZnCo2O4复合电极材料，其特征在于，新颖的双层纳米线分级结构是由内层的细纳米线和外层均匀的粗纳米线构成，内层直径为15-30nm的细纳米...
【专利技术属性】
技术研发人员：李镇江，王为波，孟阿兰，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。