CN103474258A - 一种泡沫镍载Cu/Cu2O的超级电容器电极材料的制备方法 - Google Patents

一种泡沫镍载Cu/Cu2O的超级电容器电极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种泡沫镍载Cu/Cu2O的超级电容器电极材料的制备方法。（1）将三水硝酸铜与尿素混合，配成0.05-0.10mol·L-1三水硝酸铜与0.5-1.0mol·L-1尿素的混合溶液；（2）泡沫镍用丙酮超声除油15min，6mol·L-1HCl刻蚀3-6min，之后用蒸馏水清洗干净；（3）将步骤（1）所得混合溶液转移至反应釜中，泡沫镍斜靠在反应釜中，90-95℃反应10-15h；（4）反应釜自然冷却时室温，取出泡沫镍，超声去除沉积物；（5）50-60℃干燥10-15h得到Cu/Cu2O的混合物，Cu2O与Cu的摩尔比例约为80-85∶20-15。本发明一方面活性物质Cu2O的比容量高，另一方面Cu的导电性强，弥补了Cu2O电导率低的弱点。

Description

一种泡沫镍载Cu/Cu2O的超级电容器电极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种电化学电容器电极材料的制备方法，具体地说是一种泡沫镍载Cu/Cu2O的电极材料的制备方法。
背景技术
超级电容器是利用电极/溶液表面的电化学过程储存电荷的一种储能元件，也叫电化学电容器。它具有可快速充放电，且寿命长、工作温限宽、电压记忆性好、免维护的优点，是一种新型、高效、实用的能量储存装置。
为了进一步提高超级电容器的能量密度，近年来开发出了混合型超级电容器。混合超级电容器是利用金属氧化物与活性炭分别作为正负极电极材料的电容器，其工作机理主要是双电层原理和法拉第准电容原理。双电层电容允许大电流快速充放电，而法拉第准电容可通过快速可逆的法拉第反应来实现大能量存储，超级电容器的大容量和高功率充放电就是由这两种原理产生的。并且两者结合起来会产生更高的工作电压，因此混合电容器的能量密度远大于双电层电容器，但同时其充放电曲线又具有明显的非线性。由于在超级电容器的充放电过程中正负极的储能机理不同，因此其具有双电层电容器和法拉第准电容器的双重特征。
电极材料是决定超级电容器性能的关键因素之一，所以电极材料的研究也成为超级电容器研究的热点。对电极材料的研究主要集中在高比容量、高能量密度、高功率密度、低等效串联电阻以及性价比高的活性材料上。其中Cu2O是一种重要的过渡金属氧化物电极材料。
电极充电时，Cu2O被氧化成CuO；电极放电时，CuO再还原为Cu2O参见(1)式。
Figure BDA0000382780660000011
具体可参见文献Zhang H X,Zhang M L.Synthesis of CuO nanocrystalline and theirapplication aselectrode materials for capacitors.Materials Chemistry and Physics,108(2008)184–187.，以及Zhang H X,Feng J,Zhang M L.Preparation of flower-likeCuO by a simple chemical precipitation method and their application as electrodematerials for capacitor[J].Materials Research Bulletin,43(2008)3221–3226。
发明内容
本发明的目的是提供一种活性物质的比容量高，电导率高，循化性能好的泡沫镍载Cu/Cu2O的超级电容器电极材料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
（1）、将三水硝酸铜与尿素混合，配成0.05-0.10mol·L-1三水硝酸铜与0.5-1.0mol·L-1尿素的混合溶液；（2）、泡沫镍用丙酮超声除油15min，6mol·L-1HCl刻蚀3-6min，之后用蒸馏水清洗干净；（3）、将步骤（1）所得混合溶液转移至反应釜中，泡沫镍斜靠在反应釜中，90-95℃反应10-15h；（4）、反应釜自然冷却时室温，取出泡沫镍，超声去除沉积物；（5）、50-60℃干燥10-15h得到Cu/Cu2O的混合物，Cu2O与Cu的摩尔比例约为80-85:20-15。
本发明以水热反应和置换反应制备泡沫镍载Cu/Cu2O，再以泡沫镍载Cu/Cu2O为电极材料，按(1)式和进行充放电，再和其它电极材料组成超级电容器。
本发明的实质是采用超级电容器结构，以泡沫镍载Cu/Cu2O取代活性粉末与活性炭和粘结剂混合再压制到泡沫镍上的做法，构成超级电容器的电极。
本发明的优点在于利用泡沫镍载Cu/Cu2O作为超级电容器的电极材料，实现了Cu和Cu2O以一定比例在泡沫镍表面的原位合成，一方面活性物质Cu2O的比容量高，另一方面Cu的导电性强，弥补了Cu2O电导率低的弱点。泡沫镍载Cu/Cu2O不但不使用导电剂和粘结剂，而且使活性物质利用率大大提高，比容量增加，循化性能变好。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述：
（1）、，按照三水硝酸铜0.05-0.10mol·L-1、尿素0.5-1.0mol·L-1的比例将三水硝酸铜与尿素混合，用磁力搅拌器搅拌10-15min，形成蓝色均匀溶液。（2）、剪取3cm×5cm的泡沫镍，丙酮超声除油15min，6mol·L-1HCl刻蚀3-6min，之后用蒸馏水清洗干净。（3）、将以上均匀溶液转移至高压反应釜中，泡沫镍斜靠在反应釜中，90-95℃反应10-15h。（4）、反应釜自然冷却时室温，取出泡沫镍，超声去除沉积物。（5）、50-60℃干燥10-15h得到Cu/Cu2O的混合物，Cu2O与Cu的摩尔比例约为80-85:20-15。
为了更好地说明本发明的效果，下面以具体应用实例加以说明。
应用实例1
利用泡沫镍载Cu/Cu2O作为正极，以6mol·L-1的KOH作为电解液，尼龙-聚丙烯纤维作为隔膜，活性炭电极作为电池的负极，得泡沫镍载Cu/Cu2O/活性炭混合电容器。以电流密度5mA·cm-2恒流充放电时最大比容量为125F·g-1，循环500次后放电比容量仍保持98F·g-1。
应用实例2
利用泡沫镍载Cu/Cu2O作为工作电极，以6mol·L-1的KOH作为电解液，铂电极为对电极，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，以电流密度5mA·cm-2恒流充放电测试其放电比容量最高可达452F·g-1，充放电循环500次后比容量衰减率为3.2%。

Claims (1)

1.一种泡沫镍载Cu/Cu2O的超级电容器电极材料的制备方法，其特征是：（1）、将三水硝酸铜与尿素混合，配成0.05-0.10mol·L-1三水硝酸铜与0.5-1.0mol·L-1尿素的混合溶液；（2）、泡沫镍用丙酮超声除油15min，6mol·L-1HCl刻蚀3-6min，之后用蒸馏水清洗干净；（3）、将步骤（1）所得混合溶液转移至反应釜中，泡沫镍斜靠在反应釜中，90-95℃反应10-15h；（4）、反应釜自然冷却时室温，取出泡沫镍，超声去除沉积物；（5）、50-60℃干燥10-15h得到Cu/Cu2O的混合物，Cu2O与Cu的摩尔比例约为80-85:20-15。
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