CN103545116A - 一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料及其制备方法、超级电容电极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料及其制备方法、超级电容电极。复合材料由泡沫镍表面附着管状纳米八硫化九钴构成，制备方法利用钴盐和尿素直接在泡沫镍上形成前驱物，再通过硫源水热制备泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料，该复合纳米材料性能稳定，使用该复合纳米材料制备的超级电容器性能优异。

Description

一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料及其制备方法、超级电容电极

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料及其制备方法、超级电容电极。

背景技术

超级电容器是近年来出现的一种新型能源器件，超级电容器是一种介于物理电容器和二次电池之间的新型能源器件，能提供比锂电池更高的能量密度、比电池高近一个数量级的功率密度和更长的循环寿命。超级电容器比传统电容器具有充电速度快、循环寿命长、放电功率高、容量大、工作温度宽、制备无污染，保质期长等优点，在很多领域都已经得到成功的应用，小到电动玩具的电源，大到航空航天启动***、电动汽车的能量功率***等一切与能量功率相关的仪器设备***均有超级电容器的身影，超级电容器储能***是将能源与环保统一的绿色技术，它对保护地球环境、防止大气污染是一个积极可行的策略。因此近年来受到人们广泛关注。

中国专利CN102509627A公开了一种泡沫镍原位制备碳微粒超级电容器电极的方法。但是该方法所制得的电极的电化学电容仅仅只有20～60F g^-1，不适合未来新能源的需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料超级电容电极及其制备方法，利用钴盐和尿素直接在泡沫镍上形成前驱物，再通过硫源水热制备泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料，该复合纳米材料性能稳定，使用该复合纳米材料制备的超级电容器性能优异。

本发明采用的技术方案是：

一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料，由泡沫镍表面附着管状纳米八硫化九钴构成；

所述管状纳米八硫化九钴的管长10～25μm，管子外径100～280nm。

一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料的制备方法，步骤包括：

A、将钴盐和尿素溶于水中制备混合溶液，混合溶液中钴盐浓度为0.02～0.1摩尔/升，尿素浓度为0.1～0.4摩尔/升，将干净的泡沫镍浸入混合溶液中，在95-140℃下反应2-10h，冷却，取出洗涤干净、干燥制得前驱物；所述钴盐选自氯化钴、硝酸钴中的一种或两种；

B、将步骤A制得的前驱物放入反应釜中，加入0.02～0.1摩尔/升含S^2-离子的盐的溶液至浸没前驱物，加热至100-140℃，反应2h以上，取出洗涤，干燥，即制得泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料；所述含S^2-离子的盐选自硫化钠、硫化钾中的一种或两种。

一种超级电容电极，使用泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料制备。

本发明利用钴盐和尿素直接在泡沫镍上形成前驱物，利用柯肯达尔效应，通过硫源水热制备镍基八硫化九钴纳米管阵列即泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料，该复合材料性能稳定，使用该复合材料制备的超级电容器性能优异，具有良好的电容特性，能量密度高，循环两千次后保持率达90%左右，具有很好的稳定性，电容高和适用温度广等特点；制备方法操作简单，易于推广。

附图说明

图1和图2为实施例1制备的泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料的扫描电镜图；

图3为使用实施例1、2、3制备的泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料作为超级电容器电极的三电极体系在3mol/L的KOH溶液中的循环伏安图；

图4为实施例1、2、3制备的泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料作为超级电容器电极的三电极体系在3mol/L的KOH溶液中的恒电流充电放电图；

图5为实施例2制备的泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料的扫描电镜图；

图6为实施例3制备的泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料的扫描电镜图；

具体实施方式

实施例1

一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料，由泡沫镍表面附着管状纳米八硫化九钴构成；所述管状纳米八硫化九钴的管长10～20μm，管子外径120～250nm。

一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料的制备方法，步骤包括：

A、将氯化钴和尿素溶于水中制备混合溶液，混合溶液中氯化钴浓度为0.08mol/L，尿素浓度为0.3mol/L，将干净的泡沫镍浸入混合溶液中，在95℃下反应10h，冷却，取出后用去离子水和无水乙醇洗涤，50℃干燥，制得前驱物；

B、将步骤A制得的前驱物放入反应釜中，加入0.02mol/L硫化钠溶液至浸没前驱物，加热至100℃，反应6h，取出用水洗涤干净，真空干燥，即制得泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料。

一种超级电容电极，使用泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料制备。

图1为实施例1制备的泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料的低倍场发射扫描电镜图片（FESEM）,如图所示为八硫化九钴产物完全生长在泡沫镍上。

图2为实施例1制备的泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料的高倍场发射扫描电镜图片（FESEM）,如图所示纳米八硫化九钴为中空结构。

为了测试所制得的电极的电化学性能，以Hg/Hg₂Cl₂电极作为参比电极，以铂电极作为对电极和镍基八硫化九钴纳米管阵列组成三电极体系，在3mol/L的KOH电解质水溶液中进行电化学性能的测试，测试电极在50mV/s的循环伏安曲线，测试结果如图3，曲线为存在氧化还原峰的闭合图形，说明其容量主要来自八硫化九钴和电解液的氧化还原反应，可以看出充放电曲线呈现典型的对称分布并随时间线性变化，说明充放电过程中电容器的电压随时间线性变化，可具有良好的电容特性。

实施例1制备的泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料作为超级电容器电极的三电极体系在3mol/L的KOH溶液中的恒电流充电放电图如图4，根据下列公式得出电容为1245F/g。

$C=\frac{I\×\mathrm{\Δt}}{m\×\mathrm{\ΔV}}$

其中C为电容，I为电流，m为活性材料质量，Δt为放电时间，Δv为电势窗口。

实施例2

一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料，由泡沫镍表面附着管状纳米八硫化九钴构成；所述管状纳米八硫化九钴的管长15～25μm，管子外径120～280nm。

一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料的制备方法，步骤包括：

A、将氯化钴和尿素溶于水中制备混合溶液，混合溶液中钴盐浓度为0.1mol/L，尿素浓度为0.4mol/L，将干净的泡沫镍浸入混合溶液中，在140℃下反应2h，冷却，取出后用去离子水和无水乙醇洗涤，50℃干燥，制得前驱物；

B、将步骤A制得的前驱物放入反应釜中，加入0.04mol/L硫化钠溶液至浸没前驱物，加热至140℃，反应4h，取出用水洗涤干净，真空干燥，即制得泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料。

一种超级电容电极，使用泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料制备。

根据图4恒电流充电放电图算出使用本实施例制备泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料制备的超级电容器的电容为1775F/g。

实施例3

一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料，由泡沫镍表面附着管状纳米八硫化九钴构成；所述管状纳米八硫化九钴的管长10～18μm，管子外径100～200nm。

一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料的制备方法，步骤包括：

A、将硝酸钴和尿素溶于水中制备混合溶液，混合溶液中硝酸钴浓度为0.02mol/L，尿素浓度为0.1mol/L，将干净的泡沫镍浸入混合溶液中，在120℃下反应6h，冷却，取出后用去离子水和无水乙醇洗涤，50℃干燥，制得前驱物；

B、将步骤A制得的前驱物放入反应釜中，加入0.1mol/L硫化钾溶液至浸没前驱物，加热至120℃，反应2h，取出用水洗涤干净，真空干燥，即制得泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料。

一种超级电容电极，使用泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料制备。

根据图4恒电流充电放电图算出使用本实施例制备泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料制备的超级电容器的电容为1306F/g。

Claims (6)

1.一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料，由泡沫镍表面附着管状纳米八硫化九钴构成。

2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述管状纳米八硫化九钴的管长10～25μm，管子外径100～280nm。

3.一种泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料的制备方法，步骤包括：

A、将钴盐和尿素溶于水中制备混合溶液，混合溶液中钴盐浓度为0.02～0.1mol/L，尿素浓度为0.1～0.4mol/L，将干净的泡沫镍浸入混合溶液中，在95-140℃下反应2-10h，冷却，取出洗涤干净、干燥制得前驱物；

B、将步骤A制得的前驱物放入反应釜中，加入含S^2-0.02～0.1mol/L的盐的溶液至浸没前驱物，加热至100-140℃，反应2h以上，取出洗涤，干燥，即制得泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐选自氯化钴、硝酸钴中的一种或两种。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述含S^2-离子的盐选自硫化钠、硫化钾中的一种或两种。

6.一种超级电容电极，使用泡沫镍-纳米八硫化九钴复合材料制备。

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