具有不同形貌的硒化镍/镍基电极材料的电沉积制备方法与流程

本发明属于超级电容器电极材料制备技术领域，涉及硒化镍/镍基电极材料，具体涉及一种具有不同形貌的硒化镍/镍基电极材料的电沉积制备方法。

背景技术：

当前，社会对能源的消耗逐年增加。传统化石燃料面临着储量有限、危害环境等一系列问题。因此，开发绿色能源迫在眉睫。然而，这些新能源存在的能量转换效率低、受外在条件影响大、产能不可控、分布不均匀等问题限制了新能源的普及与应用。为了解决新能源当前存在的问题，我们要重视能源存储与转换设备的制备方法创新。超级电容器作为能源储存与转换领域的一员，因其充/放电迅速、服役时间长、环境友好等优点，已用于新能源发电、分布式储能、新能源汽车等领域。我国已将研发超级电容器关键材料与技术列为《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》和《国家"十一五"科学技术发展规划》重点发展的方向之一。

电极材料性能对超级电容器的储能性能起着关键性影响，因而，设计绿色、高效、廉价的电极材料是当前超级电容器体系的研究重点。过渡金属硒化镍，因其较高的理论比电容、性价比高而受到研究者们的青睐。但是目前已报道的硒化镍基过渡金属化合物的电化学性能和其理论电化学性能尚有较大差距。由于常规块状电极材料的电化学性能受限于晶体本身有限的电化学反应活性位点，因此设计具有丰富电化学活性位点来提高电极材料的本征电化学活性是研究的重点和难点。目前，绝大部分电极材料制备过程复杂，不利于材料的大规模应用。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有不同形貌的硒化镍/镍基电极材料的电沉积制备方法，用于工作电极的泡沫镍基底预先处理以去除表面的杂质、清洁表面。通过在含有镍离子和硒离子的溶液中施加外电场的作用，改变化学反应动力学，实现在泡沫镍上原位生长硒化镍，得到硒化镍/镍基电极材料。可通过控制溶液中不同金属离子的质量比来控制硒化镍/镍电极的形貌，进而调控该电极材料的电化学性能。其工艺简单、成本较低、性能良好。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有不同形貌的硒化镍/镍基超级电容器电极材料的电沉积制备方法，包括以下步骤：

1）将直径d=0.4cm的泡沫镍在浓度4mol/l的稀盐酸溶液中浸泡5~20min，超声5~10min，取出后分别用无水乙醇、去离子水清洗若干次，烘干后称量；

2）采用ni/se=13/7配比的乙酸镍、二氧化硒、氯化锂电解混合液配制电沉积溶液；

3）将步骤1）经清洗处理过的泡沫镍用作工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂片为对电极，放入步骤2）配制的采用恒电位电沉积技术制备硒化镍/镍电极材料，电压为-0.45vvs.sce，电沉积时间300-2400s，得到形貌为纳米柱、纳米颗粒、微米八面体）的硒化镍/镍基电极材料；

4）电沉积结束后，分别用去离子水、无水乙醇清洗所得硒化镍/镍基电极材料，烘干后称量，计算所制备硒化镍/镍基电极材料的重量。

所述的步骤2）中乙酸镍、二氧化硒、氯化锂的参数配比为：0.065m乙酸镍、0.035m二氧化硒、0.2m氯化锂。

所述的电沉积过程参数分别为：恒电位电沉积的电沉积时间分为300s、1200s、2400s，分别命名为ns-1、ns-2、ns-3。

所述的沉积过程中不添加任何强还原剂或者表面活性剂，后续的不经过后续煅烧等热处理工艺。

本发明的有益效果是：

1）通过电沉积方法制备硒化镍/镍纳米材料，制备工艺简单、所得产物纯度较高。

2）该方法避免使用水合肼、硼氢化钠等常规制备方法中的有毒物质或者强还原剂，对制备设备要求较低。

3）本发明可获得具有优异电化学性能的硒化镍/镍基电极材料。

4）本项目致力于通过简单、高效的方法合成组分、形貌可控的硒化镍基纳米电极材料，并基于这些不同的组分和形貌可控的纳米结构来制备超级电容器器件。

附图说明

图1为本发明制备的硒化镍/镍基电极材料的xrd图。

图2为本发明制备的硒化镍/镍基电极材料的sem图。

图3为本发明制备的硒化镍/镍基电极材料的循环伏安曲线。

图4为本发明制备的硒化镍/镍基电极材料的恒电流充放电曲线。

图5为本发明制备的硒化镍/镍基电极材料的阻抗曲线。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明所述的硒化镍/镍基电极材料的制备方法做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

（1）将泡沫镍（d=0.4cm）在稀盐酸（4mol/l）中浸泡5~20min，超声5~10min。取出后分别用无水乙醇、去离子水清洗若干次，烘干后称量。

（2）配置电沉积溶液：0.065m乙酸镍、0.035m二氧化硒、0.2m氯化锂。

（3）将经清洗处理的泡沫镍用作工作电极，采用恒电位电沉积技术制备硒化镍/镍基电极材料。电压为-0.45vvs.sce，电沉积300s，得到具有纳米柱形貌的ni0.85se/ni电极。

（4）电沉积结束后，分别用去离子水、无水乙醇清洗所得ni0.85se/ni电极材料，烘干后称量。

经检测，该ni0.85se/ni电极材料在2mkoh溶液中的比电容为896f/g（电流密度为10a/g）。

实施例2

（1）将泡沫镍（d=0.4cm）在稀盐酸（4mol/l）中浸泡5~20min，超声5~10min。取出后分别用无水乙醇、去离子水清洗若干次，烘干后称量。

（2）配置电沉积溶液：0.065m乙酸镍、0.035m二氧化硒、0.2m氯化锂。

（3）将经清洗处理的泡沫镍用作工作电极，采用恒电位电沉积技术制备硒化镍/镍基电极材料。电压为-0.45vvs.sce，电沉积1200s，得到具有纳米颗粒形貌的ni0.85se/ni电极。

（4）电沉积结束后，分别用去离子水、无水乙醇清洗所得ni0.85se/ni电极材料，烘干后称量。

经检测，该ni0.85se/ni电极材料在2mkoh溶液中的比电容为1126f/g（电流密度为10a/g）。

实施例3

（1）将泡沫镍（d=0.4cm）在稀盐酸（4mol/l）中浸泡5~20min，超声5~10min。取出后分别用无水乙醇、去离子水清洗若干次，烘干后称量。

（2）配置电沉积溶液：0.065m乙酸镍、0.035m二氧化硒、0.2m氯化锂。

（3）将经清洗处理的泡沫镍用作工作电极，采用恒电位电沉积技术制备硒化镍/镍电极材料。电压为-0.45vvs.sce，电沉积2400s，得到具有微米八面体形貌的ni0.85se/ni电极。

（4）电沉积结束后，分别用去离子水、无水乙醇清洗所得ni0.85se/ni电极材料，烘干后称量。

经检测，该ni0.85se/ni电极材料在2mkoh溶液中的比电容为1231f/g（电流密度为10a/g）。

图1为所制备的硒化镍/镍基电极材料的x射线衍射仪图谱（xrd）。通过xrd分析可知，本发明制备的材料为六方晶系硒化镍（ni0.85se，jcpdf018-0888）和泡沫镍的复合材料。

图2为本发明制备的硒化镍/镍基电极材料的sem图。由图2可知，本发明制备ni0.85se/ni电极材料分别具有纳米柱、纳米颗粒、微米八面体形貌。随着电沉积时间的调控，ni0.85se/ni具有不同的形貌。

二、ni0.85se/ni超级电容器电极材料电化学表征

图3为本发明的ni0.85se/ni电极材料的循环伏安曲线。由图3可知，在0~0.45v的电压窗口下，具有不同形貌的ni0.85se/ni电极材料均出现对称的氧化还原峰，表明该材料表面可发生典型的赝电容反应。

图4为本发明的ni0.85se/ni电极材料的恒电流充放电。具有不同形貌的ni0.85se/ni电极材料均出现对称的充放电曲线。

图5为本发明的ni0.85se/ni电极材料的阻抗图。由图5可知，具有不同形貌的ni0.85se/ni电极材料具有较小的内阻，有利于电化学反应的进行。

综上所述，本发明通过工艺简单、操作方便的恒电位电沉积技术，制备的ni0.85se/ni电极材料，具有纳米柱、纳米颗粒、微米八面体等不同形貌，比电容高，电阻小，是一种性能优异的超级电容器材料。