专利名称：一种三维结构的氢氧化镍/碳复合电极材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种利用导电聚合物衍生的氮掺杂碳纳米管为基体，由纳米纤维状的金属氢氧化物垂直生长在碳纳米管表面而构成的三维结构氢氧化镍/碳复合材料的制备方法。通过结构设计、组成优化、合成方法集成，实现材料储能性能的提高，属于超级电容器电极材料制备的新技术。
背景技术：
随着电动汽车以及各种电子设备的发展，具有良好功率特性的超级电容器受到了国内外广泛的关注。基于储能机理的不同，超级电容器可以分为两类一种是基于碳电极/电解液界面电荷分离所产生的双电层电容；另一种是采用RuO2等贵金属(氢)氧化物做电极的电容器，是利用(氢)氧化物电极表面及体相中发生的氧化还原反应而产生的电容，由于该类电容的产生机制与双电层电容不同并伴随电荷的传递过程发生，这种电容被称为 法拉第准电容。在各种电极材料中，镍基材料由于具有价格低廉，理论容量高等优点受到了更多的关注。然而，这类材料在电化学过程中仍然存在性能不稳定、电阻大、利用率低等缺点。因此，人们试图通过结构设计、组成优化等途径来解决上述问题。目前的研究显示，将碳材料与(氢)氧化镍复合是一种提高储能效率的良策。一般的，所选择的基体碳材料有活性炭、碳纳米管，而采用高活性的氮掺杂碳纳米管是非常稀少的。考虑到三维结构材料的构筑存在一定的难度，本发明以导电聚合物衍生的碳纳米管为基体，通过超声-回流-反相微乳辅助的水热这种集成的制备方法，实现一维氢氧化镍纳米纤维在这种特殊碳纳米管表面的定向生长，从而获得电容性能良好的三维结构氢氧化镍/碳纳米管复合材料。通过文献查阅，镍基复合材料的制备通常采用传统的沉淀法、水热法、热解法等，但这些方法很难实现氢氧化镍在碳管上定向生长。研究内容
本发明的目的是研制一种具有较好电容特性的三维结构镍基复合电极材料的制备方法。对比于传统的沉淀法、水热法、溶剂热法等方法，本方法具有结构可控性、性能优异、重现性好、无污染、产品纯度高等特点，并且非常适合制备各种三维结构的碳基复合材料。本发明的技术方案以导电聚合物衍生的碳纳米管为基体，蒸馏水为溶剂，通过超声和回流，实现氢氧化镍种子在碳纳米管表面的形成。然后利用反相微乳辅助的水热方法，实现氢氧化镍纳米纤维在碳纳米管表面的原位生长，最终获得由氢氧化镍纳米纤维垂直生长在碳纳米管表面的一种可作为超级电容器电极材料的三维结构复合材料。提取操作步骤首先，将种子模板法制备的聚吡咯管热解成氮掺杂的碳纳米管。然后，将一定量的氮掺杂碳纳米管和镍盐加入到去离子水中，超声并回流一定时间。之后，将该混合液冷却至室温后，再加入一定量的预先配制的有机混合液，然后将最终的混合液转移至水热釜中反应几个小时后，得到氢氧化镍/碳纳米管复合材料。对采用本方法制备的三维氢氧化镍/碳材料进行超级电容器电极性能评价。在(To. 5 V的电位区间内，在电流密度为IO mA · Cm 2时，比电容高达1398 F · g S显示出极高的比电容。
权利要求
1.按权利要求书I所述的电极材料，其特征在于电极材料为三维结构的复合材料，其中金属氢氧化物为一维结构的纳米纤维，其垂直生长在氮掺杂的碳纳米管表面；制备过程中经历了超声、回流和反相微乳的水热三个步骤。
2.按权利要求书I所述的负极材料，其特征在于制备的氢氧化镍/碳复合物，在(To. 5 V的电位区间内，在电流密度为10 mA*cm 2时，比电容能够高达1398 F*g全文摘要
发明的目的是研制一种具有较好电容特性的三维结构镍基复合电极材料的制备方法。对比于传统的沉淀法、水热法、溶剂热法等方法，本方法具有结构可控性，重现性好，无污染，产品纯度高等特点，并且该方法能够扩展到制备其它类型的三维结构的碳基复合材料。将制备的三维结构氢氧化镍/碳材料组装成三电极体系，在6MKOH电解液中进行电容性能评价。在0~0.5V的电位区间内，电流密度从10mA·cm 2时，比电容达到1398F·g 1，显示出极高的比电容。因此，该材料作为超级电容器电极材料有潜在的应用前景。
文档编号H01G9/042GK102903530SQ201210438049
公开日2013年1月30日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者米红宇, 樊剑章, 崔青霞 申请人:新疆大学