一种双金属镍钴碲化物超级电容器电极材料及其制备方法技术

一种双金属镍钴碲化物超级电容器电极材料及其制备方法，属于储能材料技术领域。用尿素作为沉淀剂，将Ni

A bimetallic nickel cobalt telluride supercapacitor electrode material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种双金属镍钴碲化物超级电容器电极材料及其制备方法
：本专利技术属于储能材料
，涉及过渡金属化合物电极材料，具体为一种双金属镍钴碲化物超级电容器电极材料及其制备方法。
技术介绍
：超级电容器作为能量存储设备的一种，具有超高功率密度，快速充电/放电速率，长循环寿命，高安全性等优点。然而，市售超级电容器的能量密度远低于电池和燃料电池。因此，在不损失其功率密度的前提下，提高其能量密度迫在眉睫，而制备混合型超级电容器是解决上述问题的有效方法之一。混合超级电容器由电池型电极和电容电极组成。其中，电池型电极带来高能量，而电容型电极提供高功率和长寿命。近年来，镍或钴的氧化物/氢氧化物作为高理论比容量的电池型材料成为研究热点，但低的电导率和差的电化学稳定性限制了它们的应用，研究发现双金属镍钴化合物比相应的单金属化合物具有更高的电导率和更多的活性位点，表现出更优的电化学性能。此外，碲作为一种半金属，理论上讲，碲化物比氧化物具有更高的电导率，双金属镍钴碲化物作为电极材料有望进一步提升其电化学性能。经检索，有关过渡金属碲化物合成方面的中国专利有：一种金属碲化物作为双功能电解水催化剂的制备方法(CN108636428A)；一种金属硫族化合物纳米筛材料的制备方法(CN103910340A)；合成多种金属硒化物及碲化物半导体材料的方法(CN1384047A)。通过上述方法可以在不同基底上制备出不同形貌的过渡金属碲化物，但对于镍钴双金属碲化物的制备方法目前未见报道。本专利通过一种简便的溶剂热方法，首次制备出片、管、针、棒四种形貌的双金属镍钴碲化物。具体来讲，用尿素作为沉淀剂，使Ni2+和Co2+形成镍钴前体生长在导电基底上，亚碲酸钠和水合肼对其进行碲化形成镍钴碲化物。通过溶剂种类、亚碲酸钠浓度和反应时间调控产物形貌。本专利技术涉及的镍钴碲化物具有高的电导率(3.30×104Sm-1)，高亲水性，大的比表面积和丰富的电化学活性位点，作为自支撑超级电容器电极材料表现出更优的电化学性能。在三电极体系下，纳米管状镍钴碲化物电极材料在电流密度为1Ag-1时比容量达到945Fg-1，在20Ag-1的电流密度下仍能保持571Fg-1。循环充放电5000次以后，电容保留率仍达到92％。与活性炭组成混合型超级电容器之后，在820Wkg-1的功率密度下能量密度能达到48.3Whkg-1。作为超级电容器的关键性能指标能量密度值显著优于双金属镍钴氧化物、硫化物、硒化物。该专利为高性能超级电容器电极材料提供了新的思路，在能源领域方面具有良好的应用前景。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种双金属镍钴碲化物用于超级电容器电极材料的制备方法。该方法简单，且制备的电极材料具有很好的电化学性能。本专利技术实现目的的技术方案如下：一种双金属镍钴碲化物电极材料的制备方法，其特征在于：用尿素作为沉淀剂，将Ni2+和Co2+混合溶液中游离的Ni2+和Co2+在导电基底上生长形成镍钴前体，之后，将带有镍钴前驱体的导电基底进入含有亚碲酸钠和水合肼的还原性水溶液中，Te4+被水合肼还原后，经过离子交换反应形成双金属镍钴碲化物。制备过程包括以下步骤：(1)在导电基底上生长镍钴前驱体首先将Ni2+和Co2+按照摩尔比1:2的比例溶解于溶剂中，加入尿素磁力搅拌15分钟形成均匀的溶液；之后将溶液和预先清洗的导电基底置于高压反应釜，在120℃反应5-8h；待冷却至室温后，将导电基底取出，用乙醇和去离子水清洗几次，在烘箱中70℃烘干过夜，得到负载镍钴前驱体的导电基底；(2)在导电基底上制备镍钴碲化物配置将亚碲酸钠水溶液和水合肼的混合均匀并置于高压反应釜中，将步骤(1)制备的负载镍钴前驱体的导电基底放入该混合水溶液中，在180℃反应8-15h；待冷却至室温后，将导电基底取出，用乙醇和去离子水清洗几次，在真空烘箱中干燥。优选步骤(1)溶液中每0.3-1mmol的Ni2+对应25-60ml的溶剂、对应1.0-4mmol的尿素，所述溶剂为乙醇或乙醇的混合溶液，混合溶液中，乙醇与水的体积比为1:0-5；优选步骤(2)亚碲酸钠水溶液的浓度为0.1-10mM；水合肼的用量为：每70ml的亚碲酸钠水溶液对应2-10ml80％的水合肼。Ni2+和Co2+采用硝酸盐的形式加入。本专利技术通过调节Ni2+和Co2+混合溶液的溶剂得到不同形貌的镍钴前驱体，通过调节还原性水溶液中亚碲酸钠浓度以及调节反应时间实现对双金属镍钴碲化物形貌的调控。最终产品双金属镍钴碲化物在导电基底上的形貌为纳米片、纳米针、纳米管、纳米棒中的一种或几种。本专利技术的双金属镍钴碲化物电极材料可作为超级电容器电极材料。本专利技术涉及了3个基本原理：(1)选择双金属镍钴碲化物作为电极材料是因为其具有高的电导率，超亲水性和丰富的电化学活性位点，能实现高的电化学性能。(2)通过对溶剂的选择，反应浓度和反应时间的控制，形成了多种形貌的镍钴碲化物，包括纳米片，纳米针，纳米管、纳米棒。独特的纳米结构增大了电极材料的比表面积，确保充分的电极电解液接触，实现快速的离子/电子传输。(3)将电极材料活性物质直接生长在导电基底上，直接作为电极材料，不再需要添加导电剂与粘合剂，减少了界面接触电阻，有利于提高电化学性能。附图说明图1为镍钴碲化物制备流程图。图2a、b、c、d、e、f分别为实施例1-6中所制备的电极材料的SEM图。图3为实施例2中所制备的电极材料的XRD谱图。图4a、b、c、d分别为实施例2中所制备的电极材料在不同扫描速率下的电流-电压曲线，不同电流密度下的恒流充放电曲线，不同电流密度下的比电容曲线以及在5Ag-1下的容量保持率与循环次数曲线。图5为由实施例2中所制备电极材料组装的混合超级电容器的能量密度-功率密度图。具体实施方式下面通过具体实施实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。实施例1.首先在镍泡沫基底上生长镍钴前体，先将0.3mmolNi2+和0.6mmolCo2+溶于60mL乙醇中，再加入1.1mmol尿素，磁性搅拌15分钟得到均匀溶液。将溶液和清洗好的镍泡沫置于高压反应釜中，120℃反应8h。待冷却至室温后，将镍泡沫取出，用乙醇和去离子水清洗几次，在烘箱中70℃烘干过夜。再者是制备镍钴碲化物。配置1mM亚碲酸钠水溶液70ml，加入5ml水合肼(80％)后磁力搅拌30分钟。将溶液转移至高压反应釜中，同时放入负载有镍钴前体的镍泡沫，180℃碲化反应8h。待冷却至室温后，将镍泡沫取出，用乙醇和去离子水清洗几次，在真空烘箱中70℃真空干燥12h。得到镍泡沫上负载镍钴碲纳米片的电极材料。见附图2中的a。实施例2.实施过程同实施例1，只是碲化反应时间为12h。得到镍泡沫上负载镍钴碲纳米管的电极材料。见附图2中的b。实施例3.实施过程同实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双金属镍钴碲化物电极材料的制备方法，其特征在于：用尿素作为沉淀剂，将Ni

【技术特征摘要】
1.一种双金属镍钴碲化物电极材料的制备方法，其特征在于：用尿素作为沉淀剂，将Ni2+和Co2+混合溶液中游离的Ni2+和Co2+在导电基底上生长形成镍钴前体，之后，将带有镍钴前驱体的导电基底进入含有亚碲酸钠和水合肼的还原性水溶液中，Te4+被水合肼还原后，经过离子交换反应形成双金属镍钴碲化物。


2.按照权利要求1所述的一种双金属镍钴碲化物电极材料的制备方法，其特征在于，制备过程包括以下步骤：
(1)在导电基底上生长镍钴前驱体
首先将Ni2+和Co2+按照摩尔比1:2的比例溶解于溶剂中，加入尿素磁力搅拌15分钟形成均匀的溶液；之后将溶液和预先清洗的导电基底置于高压反应釜中，在120℃反应5-8h；待冷却至室温后，将导电基底取出，用乙醇和去离子水清洗几次，在烘箱中70℃烘干过夜，得到负载镍钴前驱体的导电基底；
(2)在导电基底上制备镍钴碲化物
配置亚碲酸钠水溶液和水合肼混合均匀并置于高压反应釜中，将步骤(1)制备的负载镍钴前驱体的导电基底放入该混合水溶液中，在180℃反应8-15h；待冷却至室温后，将导电基底取出，用乙醇和去离子水清洗几次，在真空烘箱中干燥。


3.按照权利要求2所述的一种双金属镍钴碲化物电极材料的制备方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冬芝，张诗宜，于中振，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11