一种全固态柔性超级电容器用NiCo2O4@Ni-Co LDH复合电极的制备方法
文献发布时间:2023-06-19 09:55:50
技术领域
本发明属于电容器技术领域,具体涉及一种全固态柔性超级电容器用NiCo
背景技术
能源是人类赖以生存的物质基础。在现代社会,随着经济社会的飞速发展,人类对能源的需求不断增加。由于化石燃料的大量使用以及人类的大量开发,致使化石能源开始逐渐枯竭,大量的开采使用也给环境造成了严重污染,威胁着人与社会经济的可持续发展。
超级电容器具有高的比容量和功率密度,但是超级电容器的发展面临着一系列的问题。目前对超级电容器的研究主要围绕电极材料的开发、电解液的选择和电容器的组装这三部分展开。研究工作者最为关注的便是电极材料这一首要影响因素。虽然超级电容器仍在生产技术和实际应用等方面还面临许多困难,但随着研究工作者对新材料和新技术的深入探索,相信这些问题终会被迎刃而解。
层状双金属氢氧化物(LDHs)是由两种或两种以上的金属氢氧化物所构成的层状化合物,因其高电容性、高氧化还原活性和环境友好性等优势,已被证明是一种非常有前途的超级电容器电极材料。同时,LDHs在吸附、电催化、药物释放和储能装置等领域的应用前景日趋广阔。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明的目的是提供一种全固态柔性超级电容器用NiCo2O4@Ni-Co LDH复合电极及其制备方法,以解决超级电容器电极材料的力学性能及稳定性差,以及制备复杂,化学性能不够好等问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种全固态柔性超级电容器用NiCo2O4@Ni-Co LDH复合电极的制备方法,包括以下步骤:
(1)将NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O、尿素和去离子水按照物质的量之比为1:2:5:20的比例混合,搅拌均匀得到溶液,并且在配置好的溶液中缓慢加入NH4F,其中,无离子水和NH4F的质量比为400:1-200:1,同时磁力搅拌10分钟,混合均匀;
(2)将碳布放入溶液中,并置于真空鼓风干燥箱中,120℃环境中保温并随炉冷却至常温;
(3)将碳布拿出后依次使用去离子水和无水乙醇反复清洗三遍以上,放于真空干燥箱在 70℃条件下干燥12小时后,将干燥碳布放置于石英管式炉中由室温加热至350℃,升温速率为2℃min-1,再退火2小时,获得NiCo2O4材料;
(4)将Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O和NH4F根据物质的量之比为4:1:2.8混合均匀,在清洗器中清洗;
(5)将步骤(3)制备的NiCo2O4材料做工作电极,步骤(4)的溶液作电解液,使用电沉积法获得NiCo2O4@Ni-Co LDH/CFC电极材料,即将NiCo2O4-N/CFC作为工作电极,铂电极和甘汞电极作为对电极和参比电极,阴阳极电流均为10mA,电沉积时间为10分钟的方法制备后,取出再用去离子水和无水乙醇依次清洗三遍,在真空干燥箱内70℃的条件下干燥12小时即可。
优选的,步骤(2)中的保温时间为5-6小时。
优选的,步骤(4)中的清洗器选用超声波清洗剂。
优选的,步骤(4)中的清洗时间为15-20分钟。
本发明提供了一种全固态柔性超级电容器电极材料的制备方法,该全固态柔性超级电容器不仅赋予了电极良好的力学性能,具有良好的电荷存储能力和离子扩散能力,而且具有良好的循环稳定性。不仅如此,恒电流电沉积过程样品制备时间短、效率高,实验仪器,操作简单。本发明的制备方法简单,产品电化学性能良好,可用性强,具有极大的应用潜力。
附图说明
图1为NiCo2O4和NiCo2O4@Ni-Co LDH复合电极材料的扫描电镜图。
图2为NiCo2O4@Ni-Co LDH复合电极材料的电化学性能测试图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
(1)将2mmol NiCl2·6H2O、4mmol CoCl2·6H2O、10mmol尿素和40ml去离子水混合搅拌得到溶液,并且在其中加入0.1g NH4F,搅拌均匀以获得均匀溶液。
(2)将碳布垂直放入溶液中,然后放入真空鼓风干燥箱中120℃反应6小时,时间太短,长上去的活性物质过少;时间太长,长上去的活性物质过于密集而导致团聚。
(3)将碳布拿出后依次使用去离子水和无水乙醇反复清洗三遍以上,放于真空干燥箱在 70℃条件下干燥12小时后,将干燥碳布放置于石英管式炉中由室温加热至350℃,升温速率为2℃min-1,再退火2小时,获得NiCo2O4材料。
(4)将3.6mmol Ni(NO3)2·6H2O、0.9mmol Co(NO3)2·6H2O、50ml去离子水和2.52mmol NH4F混合均匀,然后在超声波清洗器中超声混合15分钟,在超声波清洗器中超声是为了让溶质更充分的溶解于溶剂中。
(5)将制备的NiCo2O4材料做工作电极,使用恒电流计时电沉积法,NiCo2O4-N/CFC作为工作电极,铂电极和甘汞电极作为对电极和参比电极,阴阳极电流均为10mA,电沉积时间为10分钟,获得NiCo2O4@Ni-Co LDH/CFC电极材料。取出材料后清洗烘干。
电化学性能测试方法:为了比较不同电极材料的电化学性能,本实验通过使用电化学工作站在三电极体系下对NiCo2O4@Ni-Co LDH三种电极材料进行了循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)测试。电极材料在10mV·s-1扫描速率下的CV 曲线,所测试的样品的电位窗口为-0.2~0.8V。
通过上述的系列电化学性能测试方法可得,本实施例制备的材料在电流密度2mA/cm2 时可达到4901.8mF/cm2,;循环5000次,循环效率为86.7%。
实施例2
(1)将4mmol NiCl2·6H2O、8mmol CoCl2·6H2O、20mmol尿素和80ml去离子水混合搅拌得到溶液,并且在其中加入0.2g NH4F,搅拌均匀以获得均匀溶液。
(2)将碳布垂直放入溶液中,然后放入真空鼓风干燥箱中120℃反应6小时,时间太短,长上去的活性物质过少;时间太长,长上去的活性物质过于密集而导致团聚。
(3)将碳布拿出后依次使用去离子水和无水乙醇反复清洗三遍以上,放于真空干燥箱在 70℃条件下干燥12小时后,将干燥碳布放置于石英管式炉中由室温加热至350℃,升温速率为2℃min-1,再退火2小时,获得NiCo2O4材料。
(4)将3.6mmol Ni(NO3)2·6H2O、0.9mmol Co(NO3)2·6H2O、50ml去离子水和2.52mmol NH4F混合均匀,然后在超声波清洗器中超声混合10分钟,在超声波清洗器中超声是为了让溶质更充分的溶解于溶剂中。
(5)将制备的NiCo2O4材料做工作电极,使用恒电流计时电沉积法,NiCo2O4-N/CFC作为工作电极,铂电极和甘汞电极作为对电极和参比电极,阴阳极电流均为10mA,电沉积时间为10分钟,获得NiCo2O4@Ni-Co LDH/CFC电极材料。取出材料后清洗烘干。
电化学性能测试方法:为了比较不同电极材料的电化学性能,本实验通过使用电化学工作站在三电极体系下对NiCo2O4@Ni-Co LDH三种电极材料进行了循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)测试。电极材料在10mV·s-1扫描速率下的CV 曲线,所测试的样品的电位窗口为-0.2~0.8V。
通过上述的系列电化学性能测试方法可得,本实施例制备的材料在电流密度2mA/cm2 时可达到4806.8mF/cm2,;循环5000次,循环效率为87.6%。
实施例3
(1)将2mmol NiCl2·6H2O、4mmol CoCl2·6H2O、10mmol尿素和40ml去离子水混合搅拌得到溶液,并且在其中加入0.2g NH4F,搅拌均匀以获得均匀溶液。
(2)将碳布垂直放入溶液中,然后放入真空鼓风干燥箱中150℃反应5小时,时间太短,长上去的活性物质过少;时间太长,长上去的活性物质过于密集而导致团聚。
(3)将碳布拿出后依次使用去离子水和无水乙醇反复清洗三遍以上,放于真空干燥箱在 70℃条件下干燥12小时后,将干燥碳布放置于石英管式炉中由室温加热至350℃,升温速率为2℃min-1,再退火2小时,获得NiCo2O4材料。
(4)将7.2mmol Ni(NO3)2·6H2O、1.8mmol Co(NO3)2·6H2O、100ml去离子水和5mmol NH4F混合均匀,然后在超声波清洗器中超声混合10分钟,在超声波清洗器中超声是为了让溶质更充分的溶解于溶剂中。
(5)将制备的NiCo2O4材料做工作电极,使用恒电流计时电沉积法,NiCo2O4-N/CFC作为工作电极,铂电极和甘汞电极作为对电极和参比电极,阴阳极电流均为10mA,电沉积时间为10分钟,获得NiCo2O4@Ni-Co LDH/CFC电极材料。取出材料后清洗烘干。
电化学性能测试方法:为了比较不同电极材料的电化学性能,本实验通过使用电化学工作站在三电极体系下对NiCo2O4@Ni-Co LDH三种电极材料进行了循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)测试。电极材料在10mV·s-1扫描速率下的CV 曲线,所测试的样品的电位窗口为-0.2~0.8V。
通过上述的系列电化学性能测试方法可得,本实施例制备的材料在电流密度2mA/cm2 时可达到4801.8mF/cm2,;循环3000次,循环效率为88.6%。
实施例4
(1)将4mmol NiCl2·6H2O、8mmol CoCl2·6H2O、20mmol尿素和80ml去离子水混合搅拌得到溶液,并且在其中加入0.2g NH4F,搅拌均匀以获得均匀溶液。
(2)将碳布垂直放入溶液中,然后放入真空鼓风干燥箱中150℃反应5小时,时间太短,长上去的活性物质过少;时间太长,长上去的活性物质过于密集而导致团聚。
(3)将碳布拿出后依次使用去离子水和无水乙醇反复清洗三遍以上,放于真空干燥箱在70℃条件下干燥12小时后,将干燥碳布放置于石英管式炉中由室温加热至350℃,升温速率为2℃min-1,再退火2小时,获得NiCo2O4材料。
(4)将7.2mmol Ni(NO3)2·6H2O、1.8mmol Co(NO3)2·6H2O、100ml去离子水和5mmol NH4F混合均匀,然后在超声波清洗器中超声混合15分钟,在超声波清洗器中超声是为了让溶质更充分的溶解于溶剂中。
(5)将制备的NiCo2O4材料做工作电极,使用恒电流计时电沉积法,NiCo2O4-N/CFC作为工作电极,铂电极和甘汞电极作为对电极和参比电极,阴阳极电流均为10mA,电沉积时间为10分钟,获得NiCo2O4@Ni-Co LDH/CFC电极材料。取出材料后清洗烘干。
由图1所示,通过扫描电子显微镜可以观察到它的微观形貌,针状的NiCo2O4被片状的Ni-Co LDH材料所包裹,形成以氧化物为核,氢氧化物为壳的核壳结构。这样的结构具有丰富的开放空间,有利于电极和电解液离子的快速传输,较低的离子传输阻力可以提供更多的活性位点,利于电化学测试中的氧化还原反应。
由图2所示,电化学性能测试方法:为了比较不同电极材料的电化学性能,本实验通过使用电化学工作站在三电极体系下对NiCo2O4@Ni-Co LDH三种电极材料进行了循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)和电化学阻抗(EIS)测试。电极材料在10mV·s-1扫描速率下的CV曲线,所测试的样品的电位窗口为-0.2~0.8V。
通过上述的系列电化学性能测试方法可得,本实施例制备的材料在电流密度2mA/cm2 时可达到4895.8mF/cm2,;循环5000次,循环效率为87.0%。
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