CN105321732B - 一种Ag掺杂β‑Co(OH)2超级电容器电极材料的制备方法 - Google Patents

一种Ag掺杂β‑Co(OH)2超级电容器电极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Ag掺杂β‑Co(OH)2超级电容器电极材料的制备方法。该方法成本较低，工艺简单，通过掺杂贵金属Ag，大大的提高了材料的导电性能，所得产物尺寸均匀，形貌单一，直径在2μm左右，复合物表面有裂缝的生成，这有利于电解液的扩散，从而提高材料的比电容，同时产物具有较大的比表面积，使其作为电极材料时具有良好的电化学性能。本发明Ag掺杂β‑Co(OH)2微米花作为电极材料应用于超级电容器中，可令其具有良好的稳定性与优异的电容量。

Description

一种Ag掺杂β-Co(OH)2超级电容器电极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种超级电容器电极材料的制备方法，具体涉及一种Ag 掺杂β-Co(OH)2超级电容器电极材料的水热制备方法。
背景技术
由于超级电容器具有快速的充放电特性、较高的功率密度以及很长的循环周期，因此它被认为是最佳储能方案的选择之一。虽然金属氧化物 RuO2作为超级电容器电极材料具有能量密度高，功率特性好等特点，但是其发展受到价格昂贵以及环境污染的限制。钴类材料具有资源丰富、环境友好、价格较便宜、适用于中性电解液和电位窗口较宽等特点，但钴自身导电性较差。而本发明通过水热法制备得到Ag掺杂Co(OH)2的微米花，通过贵金属银的加入，大大的提高了材料的导电性能，是代替贵金属氧化物的优异电极材料。
常用的掺杂贵金属的方法很多，主要包括离子交换法、电沉积法、共沉淀法等。实验发现花状结构的比表面积会比块状、盘状大很多，将极大地改善电极材料的性能。本实验提供一种成本较低的水热合成制备Ag掺杂β-Co(OH)2微米花的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种简易的、环境友好的水热法制备尺寸可控的 Ag掺杂β-Co(OH)2微米花状复合材料，可用作超级电容器电极的备选材料。
本发明通过以下技术方案实现。
1)按照一定的比例在去离子水中加入AgNO3与CoCl2`6H2O，在室温下搅拌30min；
2)向步骤1)配制好的溶液中加入柠檬酸钠，再加入NaOH；
3)将步骤2)中的溶液转移到容量为100ml的聚四氟乙烯(PEFE) 反应釜中，并将反应釜放入恒温鼓风干燥箱中，在105℃下加热10h后自然冷却到室温。反应结束后，反应釜底部会有灰黑色的沉淀物。
4)将步骤3)中的沉淀物收集起来，通过去离子水和乙醇的多次离心洗涤，得到较为纯净的黑色产物。
5)将步骤4)中的产物放入真空烘箱中在40℃下烘干，就获得了黑色的氢氧化钴复合材料。
附图说明
图1为实施例123中Ag不同掺杂比例的样品XRD图谱
图2为Ag不同掺杂比例的样品SEM图谱：(a)d＝0,(b)d＝1,(c)d＝2,(d) d＝3
图3为实施例1中样品(b)-(d)对应不同扫描倍率的SEM图
图4为微米花的循环伏安法曲线：(a)Co(OH)2，(b)Ag/Co(OH)2
图5为Ag/Co(OH)2复合材料的N2吸脱附等温线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
按照d(d＝AgNO3：CoCl2`6H2O)为1:1的比例在50ml去离子水中进行配比，在室温下搅拌30min，然后加入16.5mmol的柠檬酸钠，最后再加入32mmol的NaOH，此时溶液的颜色会变成棕褐色。然后，将50ml的溶液转移到容量为100ml的聚四氟乙烯(PEFE)反应釜中，并将反应釜放入恒温鼓风干燥箱中，在105℃下加热10h后自然冷却到室温。反应结束后，反应釜底部会有灰黑色的沉淀物。将此沉淀物收集起来，通过去离子水和乙醇的多次离心洗涤，得到较为纯净的黑色产物。最后将产物放入真空烘箱中在40℃下烘干，就获得了黑色的氢氧化钴复合材料。其尺寸均匀，形貌单一，直径在2μm左右，复合物表面有裂缝的生成，这有利于电解液的扩散，从而提高材料的比电容。其不同倍率的扫描电镜图如图3所示。
实施例2
此实施方法中，按照d(d＝AgNO3：CoCl2`6H2O)为2:1的比例在50ml 去离子水中进行配比，其余条件与实施例1相同。
实施例3
此实施方法中，按照d(d＝AgNO3：CoCl2`6H2O)为3:1的比例在50ml 去离子水中进行配比，其余条件与实施例1相同。
实施例1、2、3的XRD对比图谱如图1所示，其中黑色标注的(001)、 (100)晶面对应于Co(OH)2，红色标注的(111)、(200)、(220)、(311)、 (222)晶面对应于Ag。由此可见，这里的产物为Ag和Co(OH)2的复合物。同时，随着加入的AgNO3比重的增加，Ag所对应的衍射峰强度越来越大，说明复合材料中银所占的比例随之变大。
实施例1、2、3与未掺杂Ag样品的SEM图像如图2所示，随着d值的增加，花瓣的直径有增大的趋势。图(b)(实施例1)所示，d＝1时花状结构紧凑，没有出现其他结构的产物。而且，d＝1时花状结构与其它条件下有所不同，它并不是由片状结构团聚而成的。图(c)(实施例2)和(d)(实施例3)不仅显示出大量纳米颗粒的出现，而且花状结构尺寸逐渐变大。并且，我们发现此时的花状结构是由一层层的片状相互交叠而成。
Ag掺杂Co(OH)2复合材料与未掺杂Co(OH)2作为电极材料在5mV/s 扫描速度下的循环伏安图如图4所示。通过公式计算出Co(OH)2、 Ag/Co(OH)2单电极的比容量分别为20.1和228F/g。说明掺杂Ag能有效的提高材料的电化学性能。
Ag/Co(OH)2复合材料的N2吸脱附等温线，由于复合物表面存在裂缝，所以图中滞回线表明材料呈现多孔性固体的吸附特征，说明材料具有较大比表面积，从而具有较大的比电容。

Claims (4)

1.一种Ag掺杂β-Co(OH)2超级电容器电极材料的制备方法，具体为：将AgNO3与CoCl2·6H2O按照1:1、2:1或3:1的配比加入去离子水中，在室温下搅拌30min，然后加入16.5mmol柠檬酸钠，最后再加入32mmol NaOH，此时溶液的颜色会变成棕褐色；然后，将溶液转移到容量为100ml的聚四氟乙烯(PEFE)反应釜中，并将反应釜放入恒温鼓风干燥箱中，在105℃下加热10h后自然冷却到室温；反应结束后，反应釜底部会有灰黑色的沉淀物；将此沉淀物收集起来，通过去离子水和乙醇的多次离心洗涤，得到较为纯净的黑色产物；最后将产物放入真空烘箱中在40℃下烘干，得到黑色的Ag掺杂β-Co(OH)2复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法得到的Ag掺杂β-Co(OH)2超级电容器电极材料，其特征在于电极材料的尺寸均匀、形貌单一，直径在2μm左右，表面有裂缝的生成。
3.根据权利要求1所述的制备方法得到的Ag掺杂β-Co(OH)2超级电容器电极材料，其特征在于电极材料呈现多孔性固体的吸附特征。
4.根据权利要求1所述的制备方法得到的Ag掺杂β-Co(OH)2超级电容器电极材料，其特征在于电极材料的单电极比容量达到228F/g。
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