本发明专利技术公开了一种硼掺杂氧化镍/氢氧化镍电极材料的制备方法,包括如下步骤:1)铜片表面预处理;2)在铜片表面化学镀NiB薄膜;3)采用原位电化学阳极氧化的方法处理镀膜后的铜片,得到B掺杂的NiO/Ni(OH)2(B)电极材料。本发明专利技术针对现有的NiO/Ni(OH)2电极材料的制备路线的缺点,提出了在0.1mm铜片柔性材料表面先化学镀NiB再电化学阳极氧化制备工艺路线,得到了一种简单易行、B掺杂量大、可控性良好的NiO/Ni(OH)2(B)电极材料的制备工艺,提高了制备出的NiO/Ni(OH)2电极材料电容性能和电化学稳定性,且该工艺方法有利于NiO/Ni(OH)2电极材料的商业应用和工业化生产。的商业应用和工业化生产。的商业应用和工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
一种硼掺杂氧化镍/氢氧化镍电极材料的制备方法
[0001]本专利技术属于材料合成
,涉及一种硼掺杂氧化镍/氢氧化镍电极材料的制备方法。
技术介绍
[0002]化石燃料引发的温室效应和环境污染日趋严重,迫使清洁能源成为全世界开发和利用的研究热点,其中具有代表性的有风能、潮汐能、太阳能、地热能等可再生能源。然而这些可再生能源发电系统由于运行的间歇性和往往地处偏远地区,使得其并入输电供电电网技术上非常困难和遇到成本难以解决的问题,因此洁净、安全、高效方便的储能技术成为这些清洁能源利用的关键。超级电容器作为介于物理电容器和化学电源之间的一种储能装置,其兼具电池和电容器二者部分特性的新型储能器件。相对于传统电容器和化学电池来说,超级电容器温度适用范围广且具备环保廉价的优势,同时其功率密度和能量密度都比较高,循环寿命也更长,基于上述特性,超级电容器在清洁能源发电储电领域、智能电网和新能源汽车等方面均有重要应用价值。
[0003]超级电容器作为储能装置,它的组成部件都会对超级电容器的电化学性能产生影响,研究表明电极材料的性能对超级电容器的电化学性能起着决定性的作用,目前常用的电极材料主要有碳材料、过渡金属氧化物、导电聚合物、以及复合材料电极,其中过渡金属氧化物电极材料具有廉价、比电容高、电化学充放电性能优异的特点近年来受到广泛的研究。在金属氧化物电极材料中,具有代表性的是MnO2和RuO2电极材料,前者比电容较低(通常低于600F/g),后者理论比电容高达2000F/g,但是价格昂贵和有毒性,限制了它们的商用化发展,而氧化镍/氢氧化镍(标记为NiO/Ni(OH)2)由于廉价高效、环境友好、地壳中丰度大、变价金属离子之间的氧化还原机理明确、非常高的理论比电容(理论比电容为2584F/g),成为极具研究和应用价值的电极材料,但是NiO/Ni(OH)2电极材料导电性较差和电化学循环稳定不足是其实际应用急需解决的主要问题。
[0004]为了进一步提高NiO/Ni(OH)2电极材料的实际比电容和电化学稳定性能,研究人员已经使用了沉淀转换、溶胶凝胶、磁控溅射、电化学阴极/阳极沉积、水热法等方法制备出了许多掺杂和未掺杂其它元素的NiO/Ni(OH)2电极材料。研究表明这些NiO/Ni(OH)2电极材料的性能与其比表面积和表面结构密切相关,具有较高比表面积和纳米多孔网状结构的电极材料可以显示出优异的电容特性和较高的电化学稳定性能;掺杂其它诸如N、Ag、Ce、La、B等元素也均不同程度的提高了NiO/Ni(OH)2电极材料的电容特性和电化学稳定性能。值得注意的是硼 (B)原子价电子少于价轨道数属于缺电子情况,因此硼及其化合物通常具有高电导、高熔点、高硬度和高稳定性的特点,B的掺杂有利于同时提高NiO/Ni(OH)2电极材料的导电性、比电容和电化学稳定性,因此B掺杂的NiO/Ni(OH)2电极材料(标记为NiO/Ni(OH)2(B))极具研究和应用价值。但是在NiO/Ni(OH)2电极材料以及掺杂工艺的制备方法中,磁控溅射技术需要真空条件且金属靶材利用率较低;水热法、沉淀转换、溶胶凝胶等方法存在工艺参数复杂、B的掺杂量较少、制备的电极材料表面氧化物含量较少等缺点很难实现工业
化。
技术实现思路
[0005]针对上述存在的问题,本专利技术提供了一种硼掺杂氧化镍/氢氧化镍电极材料的制备方法,用于解决
技术介绍
中所提出的技术问题。
[0006]为了达到上述的目的,本专利技术采用以下的技术方案:
[0007]一种硼掺杂氧化镍/氢氧化镍电极材料的制备方法,包括如下步骤:
[0008]1)铜片表面预处理;
[0009]2)在铜片表面化学镀NiB薄膜;
[0010]3)采用原位电化学阳极氧化的方法处理镀膜后的铜片,得到B掺杂的 NiO/Ni(OH)2(B)电极材料。
[0011]作为优选,所述铜片为0.1mm厚的铜片。
[0012]作为优选,铜片表面预处理的方法为:依次采用下列处理:1000#水砂纸打磨铜片、10wt%盐酸溶液对铜片进行除锈及采用无水乙醇超声对铜片进行除油处理,最后吹干待用。
[0013]作为优选,所述NiB薄膜为3微米厚。
[0014]作为优选,化学镀时采用的镀液组成为:氯化镍30g/L,硼氢化钠0.8g/L,乙二胺15g/L,酒石酸钾钠40g/L,采用5wt%NaOH溶液调节镀液的pH=13;化学镀时镀液温度为55℃,化学镀时间为60min。
[0015]作为优选,电化学阳极氧化工艺为:采用二电极系统恒电压阳极氧化,以不锈钢或铂惰性电极做阴极,化学镀NiB铜片做阳极,阴阳极的距离为1-2cm,电解液的组成为1mol/L的氢氧化钾、1g/L的助氧化剂水溶液,反应温度30℃,阳极氧化槽压1.0-1.5V,反应时间60min。
[0016]作为优选,所述助氧化剂采用NaNO2水溶液。
[0017]本专利技术的有益效果:
[0018]本专利技术针对现有的NiO/Ni(OH)2电极材料的制备路线的缺点,提出了在 0.1mm铜片柔性材料表面先化学镀NiB再电化学阳极氧化制备工艺路线,得到了一种简单易行、B掺杂量大、可控性良好的NiO/Ni(OH)2(B)电极材料的制备工艺,提高了制备出的NiO/Ni(OH)2电极材料电容性能和电化学稳定性,且该工艺方法有利于NiO/Ni(OH)2电极材料的商业应用和工业化生产。
附图说明
[0019]为了便于本领域技术人员理解,下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0020]图1为本专利技术所述制备方法制备的NiO/Ni(OH)2(B)的扫描电镜SEM照片;
[0021]图2为本专利技术所述制备方法制备的NiO/Ni(OH)2(B)在1mol/L NaOH溶液中不同扫速下的循环伏安曲线;
[0022]图3为本专利技术所述制备方法制备的NiO/Ni(OH)2(B)在不同电流密度下的充放电曲线;
[0023]图4为本专利技术两种电极材料NiO/Ni(OH)2和NiO/Ni(OH)2(B)在1mol/L NaOH 溶液中
充放电电流密度为1A/g时的循环充放电性能;
[0024]图5为本专利技术两种电极材料NiO/Ni(OH)2和NiO/Ni(OH)2(B)在1mol/L NaOH 溶液中的Nyquist图;
[0025]图6为本专利技术两种电极材料NiO/Ni(OH)2和NiO/Ni(OH)2(B)的能量密度与功率密度的关系即Ragone图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例,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。
[0027]现有技术中,对于NiO/Ni(OH)2电极材料及掺杂的制备路线分为直接法和间接法:直接法的主要代表是直接在基体材料表面采用水热法、溶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种硼掺杂氧化镍/氢氧化镍电极材料的制备方法,其特征在于,依次包括如下步骤:1)铜片表面预处理;2)在铜片表面化学镀NiB薄膜;3)采用原位电化学阳极氧化的方法处理镀膜后的铜片,得到B掺杂的NiO/Ni(OH)2(B)电极材料。2.根据权利要求1所述的一种硼掺杂氧化镍/氢氧化镍电极材料的制备方法,其特征在于,所述铜片为0.1mm厚的铜片。3.根据权利要求1所述的一种硼掺杂氧化镍/氢氧化镍电极材料的制备方法,其特征在于,铜片表面预处理的方法为:依次采用下列处理:1000#水砂纸打磨铜片、10wt%盐酸溶液对铜片进行除锈及采用无水乙醇超声对铜片进行除油处理,最后吹干待用。4.根据权利要求1所述的一种硼掺杂氧化镍/氢氧化镍电极材料的制备方法,其特征在于,所述NiB薄膜为3微米厚。5.根据权利要求1所述的一种硼掺杂...
【专利技术属性】
技术研发人员:张轲,周岩,曹中秋,王艳,
申请(专利权)人:沈阳师范大学,
类型:发明
国别省市:
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