一种泡沫镍-NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及超级电容器电极材料的制备领域，具体来说是一种泡沫镍

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫镍
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NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及超级电容器电极材料的制备领域，具体来说是一种泡沫镍
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NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]随着全球气候变暖，资源匮乏，生态环境日益恶化，对化石燃料的依赖不仅使其即将枯竭，而且给环境带来的危害越来越明显，为此风能、核能、太阳能、海洋能等新能源的开发利用逐渐得到了高度重视，为了能够充分开发利用这些能源，需要与之相配合使用的储能设备，近几十年来国内外发展起来了一种新型储能元件
‑
超级电容器，超级电容器是一种介于电池和电容器之间的能量储存器件，具有充放电效率高、功率密度大、循环寿命长、环境友好等特点，已被广泛应用于交通、移动通信、信息技术、航空航天和国防科技等领域。
[0003]根据所使用的电极材料，超级电容器可以分为以下两大类：以活性炭等碳材料为电极的双电层超级电容器和以金属氧化物或导电聚合物为电极材料的赝电容超级电容器或称“法拉第准电容器”。赝电容超级电容器充放电过程中伴随有H
+
或OH
‑
嵌入和脱出的吸附电容或发生电化学氧化还原反应引起的电容，可实现二维或准二维的体相储电，大大增加了储电能力；金属氧化物中的氧化钌比容量高、导电性好、在电解液中非常稳定，是目前性能最为优良的超级电容器电极材料，但是由于钌属于稀有贵金属，资源有限，价格过高，对环境有污染，无法在短期内进行规模化生产，寻找低成本高性能的替代材料是当今的研究热点。
[0004]过渡金属及过渡金属氧化物因为具有较高的理论电容量，因此受到广泛的关注，是极具有潜力的新一代电池材料；其中镍的氧化物具有较高的理论比容量、廉价和环境友好等优点，受到了较多的研究。
[0005]具有纳米结构的二氧化锰纳米颗粒或薄膜用于超级电容器电极已经受到了广泛关注；基于纳米结构的特点，二氧化锰具有高的比表面积，有利于最大限度浸润电解液，缩短离子扩散路径，促进在电极表面发生氧化还原反应，从而提高充放电倍率特性和比电容。
[0006]现有技术已经公开了双金属氧化物即氧化镍/氧化锰的复合材料，然后应用在电化学的实例中；结果表明，这种复合双金属氧化物具有协同作用，能够提高超级电容器的性能，但是超级电容器在制备工作电极过程中，除了需要氧化镍/氧化锰的复合材料以外，还需加入导电剂和胶粘剂，胶粘剂的加入会引起内阻的增大从而抑制电子传输，导电剂和胶粘剂的同时加入不仅会增大工作电极的重量，而且会随着超级电容器使用周期的延长导致导电剂和胶粘剂脱落，从而影响电容器的性能，所以制备一种能够于泡沫金属集流体表面均匀、稳定富集的氧化镍/氧化锰复合材料的电极材料是十分有必要。

技术实现思路

[0007]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供了一种泡沫镍
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NiO/MnO2一体化电极材料、制备方法及应用，本专利技术制得的电极材料实现了NiO和MnO2均匀且稳定富集于泡
沫金属集流体上，并制得NiO/MnO2复合材料，克服采用导电剂、胶粘剂导致的技术缺陷。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种泡沫镍
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NiO/MnO2一体化电极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)将泡沫镍进行表面清洗处理，得到纯净泡沫镍；
[0011](2)将步骤(1)的纯净泡沫镍加入至含有尿素的镍盐溶液中，并超声1
‑
2h后静置12
‑
24h，得到处理泡沫镍；
[0012](3)将步骤(2)的处理泡沫镍置于300
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800mL、5
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25g/L的MnSO4溶液中，室温搅拌后陈化2
‑
5h，制得中间体材料；
[0013](4)将步骤(3)的中间体材料于140
‑
180℃下反应4
‑
12h，再经洗涤、抽滤、干燥后得到泡沫镍
‑
Ni(OH)2/Mn(OH)2材料；
[0014](5)将步骤(4)制得的泡沫镍
‑
Ni(OH)2/Mn(OH)2材料于空气或氧气气氛中，于200
‑
450℃煅烧5
‑
8h，制得泡沫镍
‑
NiO/MnO2一体化电极材料。
[0015]优选的，所述步骤(2)的镍盐为氯化镍或硝酸镍。
[0016]优选的，所述步骤(2)的含有尿素的镍盐溶液中，尿素与镍离子的物质的量之比为2
‑
8:1。
[0017]优选的，所述镍盐溶液和MnSO4溶液中阳离子的物质的量之比为1:1
‑2[0018]优选的，所述步骤(1)的清洗处理方法为：将泡沫镍浸泡于丙酮中并超声，然后将泡沫镍浸入至浓度为0.1mol/L的HCl溶液中超声，再置于去离子水中超声，常温干燥至质量不再发生变化。
[0019]本专利技术还保护了制备方法制得的泡沫镍
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NiO/MnO2一体化电极材料。
[0020]本专利技术还保护了泡沫镍
‑
NiO/MnO2一体化电极材料在制备超级电容器工作电极中的应用。
[0021]优选的，所述应用的方法为：以铂电极为对电极，以Hg/HgO电极为参比电极，与工作电极组成三电极体系，连接到电化学工作站上，以2
‑
6mol/L的KOH溶液为电解液，进行电化学测试。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：
[0023]1、本专利技术先将表面去油处理后的泡沫镍加入至含有尿素的镍盐溶液中，在超声条件下，使得尿素与镍离子混合均匀，并实现一部分尿素和镍离子进入至泡沫镍孔隙中，然后加入至MnSO4溶液中，此时尿素的两个氮上的孤对电子与锰离子配位，在配位作用下生成配合物，得到中间体材料；随着中间体材料温度的升高，配位作用减弱，在高温反应中使尿素产生OH
‑
，此时Ni
2+
、Mn
2+
均与OH
‑
作用生成氢氧化镍和氢氧化锰，并与尿素形成水凝胶富集于泡沫镍表面，得到泡沫镍
‑
Ni(OH)2/Mn(OH)2材料；最后，将泡沫镍
‑
Ni(OH)2/Mn(OH)2材料于含氧环境中煅烧后，得到泡沫镍
‑
NiO/MnO2一体化电极。
[0024]2、采用本专利技术的制备方法，实现镍离子和锰离子均匀富集于泡沫镍表面，继而使得煅烧后，于泡沫镍表面及泡沫镍内部均匀富集氧化镍和氧化锰，且被制成复合材料后，在循环过程中，氧化锰和氧化镍的结构均不易于坍塌，对电极的循环比电容影响较小。
[0025]3、本专利技术制备得到的泡沫镍
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NiO/MnO2一体化电极材料的稳定性高，在测试经过以0.1C的电流密度做3000个充放电循环之后，稳定容量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泡沫镍
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NiO/MnO2一体化电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将泡沫镍进行表面清洗处理，得到纯净泡沫镍；(2)将步骤(1)的纯净泡沫镍加入至含有尿素的镍盐溶液中，并超声1
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2h后静置12
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24h，得到处理泡沫镍；(3)将步骤(2)的处理泡沫镍置于300
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800mL、5
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25g/L的MnSO4溶液中，室温搅拌后陈化2
‑
5h，制得中间体材料；(4)将步骤(3)的中间体材料于140
‑
180℃下反应4
‑
12h，再经洗涤、抽滤、干燥后得到泡沫镍
‑
Ni(OH)2/Mn(OH)2材料；(5)将步骤(4)制得的泡沫镍
‑
Ni(OH)2/Mn(OH)2材料于空气或氧气气氛中，于200
‑
450℃煅烧5
‑
8h，制得泡沫镍
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NiO/MnO2一体化电极材料。2.根据权利要求1所述的一种泡沫镍
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NiO/MnO2一体化电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的镍盐为氯化镍或硝酸镍。3.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦树梅，谭丹，李慧勤，卫粉艳，任莉君，赵微微，
申请(专利权)人：宝鸡文理学院，
类型：发明
国别省市：