一种基于NiCo2O4/Ni-P复合电极的非对称全固态超级电容器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于NiCo2O4/Ni

【技术实现步骤摘要】
一种基于NiCo2O4/Ni
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P复合电极的非对称全固态超级电容器及其制备方法


[0001]本专利技术属于能源储存
，涉及一种基于NiCo2O4/Ni
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P复合电极的非对称全固态超级电容器及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为一种新型的储能装置，超级电容器因为具有比电池更高的功率密度，引起了广泛的关注，是对高功率输送或快速能量收集应用中充电电池的替代或补充。其中过渡金属磷化物，作为一种n型半导体，现在已经应用于电化学析氢、锂离子电池、加氢处理催化剂等各个领域。而磷化镍是过渡金属磷化物的一种，具备良好的电子导电性、优异的化学稳定性和高理论容量。然而，磷化镍纳米粒子在氧化还原过程中容易团聚，不能保证优异的电容性能和良好的循环稳定性。因此，为了实现高的功率密度和能量密度、长的循环寿命和可靠性，需要研究新型的高效、清洁和多功能的电极材料。
[0003]过渡金属氧化物(如氧化镍、四氧化三钴、钴酸镍、钼酸镍)具有丰富的储量和高的理论容量被广泛研究。尖晶石钴酸镍(NiCo2O4)具有理论容量大、成本低、制备简单等诸多优势。而且钴酸镍有比镍或钴的氧化物更好的导电性、更多的化学态和更高的电化学活性。但是，目前大多数报道的NiCo2O4制备方法都较为复杂，产物在反应时容易发生团聚而且稳定性较差，导致电容性能的下降。因此电极材料要合理的结构设计，以保证大的比表面积、快速的离子传输和电子转移。因此，本专利技术采用电化学方法制备多孔镍磷合金，并在此基础上复合片状NiCo2O4，得到NiCo2O4/Ni
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P复合电极。有序多孔镍磷具有三维连续的通孔和韧带结构，大幅提升了电极结构的稳定性，而NiCo2O4不仅可以提供大的比表面积，同时可以减少在重复充放电后Ni
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P材料坍塌对性能带来的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于NiCo2O4/Ni
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P复合电极的非对称全固态超级电容器及其制备方法。
[0005]本专利技术提供的基于NiCo2o4/Ni
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P复合电极的非对称全固态超级电容器包括NiCo2O4/Ni
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P复合电极、活性炭电极和PVA/KOH凝胶态电解质，其中NiCo2O4/Ni
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P复合电极和活性炭电极包裹于PVA/KOH凝胶态电解质内部。
[0006]本专利技术提供的基于NiCo2O4/Ni
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P复合电极的非对称全固态超级电容器采用NiCo2O4/Ni
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P复合电极为正电极，活性炭电极为负电极，正电极和负电极之间用纤维素隔膜隔开，构成非对称全固态电容器。
[0007]本专利技术将电化学活性高的尖晶石钴酸镍与多孔镍磷合金相复合，获得了高功率密度和能量密度的复合电极材料NiCo2O4/Ni
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P，并以NiCo2O4/Ni
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P复合电极为正极，活性炭电极为负极，组装了非对称全固态电容器(NiCo2O4/Ni
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P//AC)。考虑到电容器件在应用过程中可能会出现电解液泄露等安全问题，采用PVA/KOH凝胶作为电解质。
[0008]本专利技术的另一目的是提供一种基于NiCo2O4/Ni
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P复合电极的非对称全固态超级电容器的制备方法，具体包括以下步骤：
[0009]S1、正电极的制备：采用模板法制备三维有序多孔Ni
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P，并以多孔Ni
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P为基底，利用水热法在基底上生长一层片状钴酸镍，获得NiCo2O4/Ni
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P复合电极；
[0010]S2、负电极的制备：将活性炭、炭黑和PTFE混合后，向其中加入无水乙醇并研磨成胶泥状，将混合物在泡沫镍上进行压片、干燥处理后得到活性炭电极；
[0011]S3、电解质的制备：将聚乙烯醇溶于去离子水中，加热搅拌，待溶液变澄清后加入适量氢氧化钾溶液，继续搅拌直至溶液变为澄清透明，得到PVA/KOH凝胶电解质；
[0012]S4、超级电容器的制备：将步骤S1得到的NiCo2O4/Ni
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P复合电极和步骤S2得到的活性炭电极浸泡于步骤S3得到的PVA/KOH凝胶电解质中，电极之间用纤维素隔膜隔开，在空气中放置24h后得到超级电容器。
[0013]进一步，所述步骤S1中，模板法的具体步骤为：在聚苯乙烯模板上电沉积Ni
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P，通过氯仿去除模板后得到三维有序多孔Ni
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P；配制含有0.8～1.5M次磷酸镍、0.3～0.5M十水合四硼酸钠和0.2～0.5M亚磷酸的电沉积溶液，并置入聚苯乙烯微球模板，设定电流密度为5～10ASD，温度为40～50℃，电沉积时间为5～10min；将干燥后的多孔Ni
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P电极置于氯仿溶液中浸泡30min，获得三维有序多孔镍磷合金。
[0014]进一步，所述步骤S1中，水热法的具体步骤为：以多孔Ni
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P为基底，利用水热法在多孔Ni
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P表面生长一层片状钴酸镍，具体为将1.0～3.0g/L硫酸钴、0.5～1.0g/L硫酸镍和0.5～1.0g/L尿素溶解后转移至水热釜中，放入多孔Ni
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P电极并超声处理30min；随后将反应釜转移到烘箱中，在120℃环境下热处理6h，并用去离子水冲洗后干燥；将样品放入管式炉中在250℃环境下处理2h，得到NiCo2O4/Ni
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P复合电极。
[0015]进一步，所述步骤S2中，活性炭、炭黑和PTFE的质量百分比分别为60～80wt％、10～20wt％和10～20wt％。
[0016]进一步，所述步骤S3中，将5～10g聚乙烯醇溶于50mL的去离子水中，加热至75～85℃并连续搅拌，待溶液变澄清后向烧杯中缓慢滴加10～20mL的6～8M氢氧化钾溶液，继续搅拌直至溶液变为澄清透明，得到PVA/KOH凝胶电解质。
[0017]本专利技术提供的基于NiCo2O4/Ni
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P复合电极的非对称全固态超级电容器的组装：
[0018]以NiCo2O4/Ni
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P复合电极为正极，以活性炭电极为负极，以PVA/KOH凝胶电解质为电解液，以纤维素膜为隔膜，组装成NiCo2O4/Ni
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P//AC非对称全固态超级电容器，超级电容器具有较高比电容和优异的循环稳定性，经过5000次循环后比电容可以保持最大值的98.2％
[0019]采用SEM电镜扫描观察本专利技术制备的NiCo2O4/Ni
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P复合电极的表面形貌。
[0020]如附图1所示，为本专利技术制备的NiCo2O4/Ni
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P复合电极的表面形貌图，其中图1(a)为镍磷合金的SEM图，图1(b)为NiCo2O4/Ni
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P复合电极的SEM图。从图1(a)中可以观察到均匀有序的多孔结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NiCo2O4/Ni
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P复合电极的非对称全固态超级电容器，其特征在于，所述电容器包括NiCo2O4/Ni
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P复合电极、活性炭电极和PVA/KOH凝胶态电解质，所述NiCo2O4/Ni
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P复合电极和所述活性炭电极包裹于所述PVA/KOH凝胶态电解质内部。2.根据权利要求1所述的基于NiCo2O4/Ni
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P复合电极的非对称全固态超级电容器，其特征在于，所述电容器采用所述NiCo2O4/Ni
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P复合电极为正电极，所述活性炭电极为负电极，所述正电极和所述负电极之间用纤维素隔膜隔开，构成非对称全固态电容器。3.一种如权利要求1或2所述的基于NiCo2O4/Ni
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P复合电极的非对称全固态超级电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、正电极的制备：采用模板法制备三维有序多孔Ni
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P，并以多孔Ni
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P为基底，利用水热法在基底上生长一层片状钴酸镍，获得NiCo2O4/Ni
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P复合电极；S2、负电极的制备：将活性炭、炭黑和PTFE混合后，向其中加入无水乙醇并研磨成胶泥状，将混合物在泡沫镍上进行压片、干燥处理后得到活性炭电极；S3、电解质的制备：将聚乙烯醇溶于去离子水中，加热搅拌，待溶液变澄清后加入适量氢氧化钾溶液，继续搅拌直至溶液变为澄清透明，得到PVA/KOH凝胶电解质；S4、超级电容器的制备：将步骤S1得到的NiCo2O4/Ni
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P复合电极和步骤S2得到的活性炭电极浸泡于步骤S3得到的PVA/KOH凝胶电解质中，电极之间用纤维素隔膜隔开，在空气中放置24h后得到超级电容器。4.根据权利要求3所述的基于NiCo2O4/Ni
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P复合电极的非对称全固态超级电容器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中所述模板法的具体步骤为：在聚苯乙烯模板上电沉积Ni
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P，通过氯仿去除模板后得到三维有序多孔Ni
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【专利技术属性】
技术研发人员：奚亚男，胡保帅，崔皓博，
申请(专利权)人：惠州市钰芯电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：