[发明专利]一种棒状结构钴镁双氢氧化物/泡沫镍超级电容器电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种棒状结构钴镁双氢氧化物/镍泡沫镍超级电容器电极的制备方法，以泡沫镍、硝酸钻、乙酸镁和尿素为原料，以氟化铵为刻蚀剂，在水热反应釜中于90~180℃水热反应，在泡沫镍基底上沉积生长纳米棒状结构钴镁双氢氧化物形成活性电极。本发明制备的钴镁双氢氧化物/泡沫镍活性电极能够提供较高的赝电容，同时具备较高的电子和离子导电性以及优越的结构韧性，从而能够全方位提高电容器的比电容和倍率性能。

技术领域

本发明属于超级电容器电极的制备技术领域，具体涉及一种棒状结构钴镁双氢氧化物/泡沫镍超级电容器电极的制备方法。

背景技术

超级电容器是一类重要的电化学储能器件，主要通过多孔电极电解液界面电荷聚集双电层电容或活性材料表面及内部可逆氧化还原反应赝电容来储存电荷，相比常规二次电池具有优异的功率密度、充放电速率、循环性能和较宽工作温度范围，在较高功率输出的用电设施如便携电子产品和混合动力汽车等领域有重要开发前景。但是，相对于其它二次电池，超级电容器的比电容及能量密度有待提高，因此提高超级电容器的比容及能量密度是此领域目前研究开发的重点。电极材料是超级电容器的关键组成部分，其导电性、表面特性以及氧化还原活性等因素对器件的电容及能量密度有直接影响。赝电容活性物质表面能发生可逆氧化还原反应，能提供较高比电容，因而是一类高效超级电容器电极材料。通过合理结构设计提高赝电容活性电极材料的电解质扩散通道以及同集流体的有效连接提高电极的离子、电子导电性，从而同时具备较高倍率性能，这对超级电容器的应用推广至关重要。

钴镁双氢氧化物是一类重要的电极材料，其中的金属元素不同氧化值之间的氧化还原反应能提供较高赝电容，因此可用作高性能超级电容器电极材料。但是赝电容活性电极材料的较低导电性会限制其倍率性能，采用合理路径，在金属集流体表面沉积多级结构材料，能有效改善活性材料与集流体的导电接触以及电解质扩散通道，全方位提高电容器的比电容及倍率性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单且成本低廉的棒状结构钴镁双氢氧化物超级电容器电极的制备方法，该方法以泡沫镍集流体为基底，沉积生长了一种棒状结构钴镁双氢氧化物赝电容活性材料，以简单易行的方法制备较高比电容和倍率性能的超级电容器电极，制备的钴镁双氢氧化物/泡沫镍超级电容器电极在碱性电解质中，能提供较高充放电比容，同时具备显著的倍率性能，表明该电极在电化学储能性能方面的巨大开发潜力。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种棒状结构钴镁双氢氧化物/泡沫镍超级电容器电极的制备方法，其特征在于具体过程为：将硝酸钴、乙酸镁、尿素和氟化铵溶解于去离子水中形成均匀混合溶液，再将该均匀混合溶液转移至水热反应釜中；将泡沫镍基底用硝酸溶液刻蚀处理，洗涤干燥后浸没在水热反应釜内的反应溶液中，于90~180℃水热反应，在泡沫镍基底上生长沉积棒状结构钴镁双氢氧化物形成活性电极。

进一步优选，所述的所述的硝酸钴、乙酸镁和氟化铵的总摩尔量与尿素的投料摩尔比为2~5:6，硝酸钴、乙酸镁和氟化铵的投料摩尔比为4:3:1，泡沫镍基底的尺寸为1.5cmx 1.5cm x 1.0cm。

进一步优选，所述的棒状结构钴镁双氢氧化物/泡沫镍超级电容器电极的制备方法，其特征在于具体步骤为：将2mmol硝酸钴、1.5mmol乙酸镁、0.5mmol氟化铵、6mmol尿素在磁力搅拌下溶解于去离子水中形成均匀混合溶液，再将该均匀混合溶液转移至水热反应釜中；将尺寸为1.5cm x 1.5cm x 1.0cm的泡沫镍基底用摩尔浓度为0.1M的硝酸溶液刻蚀处理，洗涤干燥后浸没在水热反应釜内的反应溶液中，于120℃水热反应6h，在泡沫镍基底上生长沉积棒状结构钴镁双氢氧化物形成活性电极，该活性电极在1mA/cm²的恒电流密度下，比电容为3.46F/cm²，在20mA/cm²的大电流密度下，比电容达1.28F/cm²。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明引入硝酸钴和乙酸镁，因为钴、镁离子具有较高的电容特性，可作为主要的储能材料。