一种用于超级电容器的片状镍硫化物/镍钒双氢氧化物/石墨烯复合材料及其制备方法技术

一种用于超级电容器的片状镍硫化物/镍钒双氢氧化物/石墨烯复合材料及其制备方法，属于储能材料领域，目的在于提供一种高比电容且具有良好稳定性的硫化物与金属双氢氧化物结合的复合材料及其制备方法，将NiCl

A flake nickel sulfide / nickel vanadium double hydroxide / graphene composite for supercapacitor and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种用于超级电容器的片状镍硫化物/镍钒双氢氧化物/石墨烯复合材料及其制备方法
本专利技术属于储能材料
，具体涉及一种用于超级电容器的片状镍硫化物/镍钒双氢氧化物/石墨烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的飞速发展，化石燃料的大规模使用和严重的环境问题，使得高效储能装置近年来受到越来越多的研究者的关注。在目前使用的储能设备中，超级电容器具有传统电容器和二次电池的优点，具有寿命长、充放电速度快、功率密度高、安全可靠等优点，被认为是一种很有前途的储能设备。超级电容器的性能主要取决于电极材料。目前研究的超级电容器电极材料主要包括：双电层碳基材料和赝电容材料。在这些电极材料中，层状双氢氧化物(LDHs)因具有优异的氧化还原活性、环保、高表面积和独特的结构性质，已经受到普遍关注。钒具有多氧化态、能量密度高、资源丰富、成本低等优点，在混合金属中得到了广泛的应用。协同效应是提高电极电化学性能的主要因素之一。一种将过渡金属双氢氧化物与通过原位硫化得到的硫化物相结合的新策略由此被提出，充分利用了各组分的优点和不同材料之间的协同效应。而石墨烯的引入更是提高了电极的电化学性能，同时也避免了双氢氧化物在进行充放电过程中聚集的现象，结合这些优点，制备的复合材料作为超级电容器的电极材料，不仅能够实现材料性能和成本的合理利用，并且具有单一材料所不具备的优良性能，应用前景十分广泛。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高比电容且具有良好稳定性的一种硫化物与金属双氢氧化物结合的复合材料及其制备方法。本专利技术采用如下技术方案：一种用于超级电容器的片状镍硫化物/镍钒双氢氧化物/石墨烯复合材料，化学通式为Ni3S2/NiV-LDH/rGO/NF-X，X表示硫化不同时间，其中X的取值为1≤X≤7。一种用于超级电容器的片状镍硫化物/镍钒双氢氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：第一步，化学沉积法在泡沫镍基底上生长还原氧化石墨烯：按比例将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散得到棕色的分散液，向分散液中加入还原剂，搅拌均匀后，得到混合溶液，将用丙酮、盐酸、无水乙醇清洗的泡沫镍基底浸没到混合溶液中，90℃条件下，水热浴还原6h后，取出泡沫镍基底，冲洗残留物，置于烘箱中，60℃条件下，干燥12h，得到生长有还原氧化石墨烯的泡沫镍基底，记为rGO/NF；第二步，将氯化镍（NiCl2·6H2O）、偏钒酸铵（NH4VO3）、氟化铵（NH4F）以及尿素（CO(NH2)2）溶解于去离子水中，室温搅拌直至形成均匀的浅绿色前驱体溶液，将前驱体溶液倒入容量为100ml的水热反应釜中，将rGO/NF放入反应釜，在180℃条件下保持8h后，取出清洗，得到复合材料NiV/rGO/NF；第三步，水热法硫化NiV/rGO/NF，按比例将Na2S·9H2O溶解于去离子水中，搅拌溶解后，转移至反应釜中，将NiV/rGO/NF放入反应釜中，在120℃条件下保持1-7h，取出清洗干燥后，得到化学通式为Ni3S2/NiV-LDH/rGO/NF-X的复合材料。第一步中所述氧化石墨烯和水的质量体积比为1mg:3mL，所述还原剂为抗坏血酸，氧化石墨烯和还原剂的质量比为1:3。第二步中所述氯化镍和去离子水的比例为0.9mmol:70mL，偏钒酸铵和去离子水的比例为0.3mmol:70mL，氟化铵和去离子水的比例为4mmol:70mL，尿素和去离子水的比例为5mmol:70mL。第三步中所述Na2S·9H2O和去离子水的比例为1mmol：70mL。本专利技术的有益效果如下：石墨烯作为一种新型的碳材料，具有超高的理论表面积，应用在新型复合材料、构建高性能电化学新能源器件方面，结合钴钼硫化物和石墨烯二者的特性，制备的复合材料作为超级电容器的电极材料，不仅能够实现材料性能和成本的合理利用，并且具有单一材料所不具备的优良性能，应用前景十分广泛。本专利技术中硫化时间对超级电容器比电容有明显的影响。硫化反应3h时，所制备的硫化镍/镍钒双氢氧化物作为超级电容器电极材料具有较大的比电容（3004Fg-1），优良的循环稳定性（5000次充放电循环后电容保持率为92.2%），将以泡沫镍支撑的还原氧化石墨烯作为集流体所制备的硫化镍/镍钒双氢氧化物作为正极材料，以活性炭作为负极材料所组装成的超级电容器器件具有高达59.4Whkg-1的能量密度，可作为超级电容器的正极材料。附图说明图1是由实施例2至实施例6得到的NiV/rGO/NF与Ni3S2/NiV-LDH/rGO/NF硫化不同时间的XRD曲线；其中：a为NiV/rGO/NF；b为Ni3S2/NiV-LDH/rGO/NF-1；c为Ni3S2/NiV-LDH/rGO/NF-3；d为Ni3S2/NiV-LDH/rGO/NF-5；e为Ni3S2/NiV-LDH/rGO/NF-7。图2是由实施例4得到的硫化镍/镍钒双氢氧化物的不同放大倍数的场发射扫描电镜图。图3为实施例4所制备的电极材料在2mol/L的KOH溶液中的伏安循环曲线图。图4为实施例4所制备的电极材料在2mol/L的KOH溶液中的恒流充放电曲线图。图5为实施例7制备的超级电容器器件所对应的能量密度-功率密度关系图。具体实施方式对制备的复合材料的显微组织、电化学性能进行检测、分析和表征：用MIRA3型扫描电子显微镜进行显微组织分析；用CHI660E电化学工作站进行电化学性能测试。实施例1将摩尔量为0.9mmol的氯化镍（NiCl2·6H2O）和0.3mmol的偏钒酸铵（NH4VO3），4mmol的氟化铵（NH4F）以及5mmol的尿素（CO(NH2)2）溶解于70mL的去离子水中，室温搅拌直至形成均匀的浅绿色前驱体溶液。将前驱体溶液以及清洗过的NF放入反应釜中，在180℃条件下保持8h后，取出，得到材料NiV-LDH/NF；将所制备的NiV-LDH/NF作为超级电容器的正极材料在三电极体系（电解质为2mol/L的KOH）中进行电化学性能测试，其比电容为979Fg-1。实施例2将10mg氧化石墨烯超声分解于30mL蒸馏水中，待形成均匀的棕色溶液后，加入30mg抗坏血酸，超声搅拌均匀后，将用丙酮、盐酸、无水乙醇清洗干净的泡沫镍放置于分散液中，并在水浴锅90℃条件下沉积6小时，用去离子水冲洗样品表面，置于70℃条件下干燥12h得到rGO/NF。将摩尔量为0.9mmol的氯化镍（NiCl2·6H2O）和0.3mmol的偏钒酸铵（NH4VO3），4mmol的氟化铵（NH4F）以及5mmol的尿素（CO(NH2)2）溶解于70mL的去离子水中，室温搅拌直至形成均匀的浅绿色前驱体溶液。将前驱体溶液以及rGO/NF放入反应釜中，在180℃条件下保持8h后，取出清洗，得到复合材料NiV/rGO/NF；将所制备的NiV/rGO/NF复合材料作为超级电容器的正极材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超级电容器的片状镍硫化物/镍钒双氢氧化物/石墨烯复合材料，其特征在于：化学通式为Ni

【技术特征摘要】
1.一种用于超级电容器的片状镍硫化物/镍钒双氢氧化物/石墨烯复合材料，其特征在于：化学通式为Ni3S2/NiV-LDH/rGO/NF-X，X表示硫化不同时间，其中X的取值为1≤X≤7。


2.一种如权利要求1所述的用于超级电容器的片状镍硫化物/镍钒双氢氧化物/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，化学沉积法在泡沫镍基底上生长还原氧化石墨烯：按比例将氧化石墨烯加入去离子水中，超声分散得到棕色的分散液，向分散液中加入还原剂，搅拌均匀后，得到混合溶液，将用丙酮、盐酸、无水乙醇清洗的泡沫镍基底浸没到混合溶液中，90℃条件下，水热浴还原6h后，取出泡沫镍基底，冲洗残留物，置于烘箱中，60℃条件下，干燥12h，得到生长有还原氧化石墨烯的泡沫镍基底，记为rGO/NF；
第二步，将氯化镍、偏钒酸铵、氟化铵以及尿素溶解于去离子水中，室温搅拌直至形成均匀的浅绿色前驱体溶液，将前驱体溶液倒入容量为100ml的水热反应釜中，将rGO/NF放入反应釜，在180℃条件下保持8h后，取出清洗，得到复合材料NiV/rGO/NF；
第三步，水热法硫化NiV/rGO/NF，按...

【专利技术属性】
技术研发人员：轩海成，王芮，张国红，梁小红，韩培德，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14