一种具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电化学储能技术领域，具体涉及一种具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料及其制备方法，通过一步水热反应实现泡沫镍上原位生长锌钴双金属氢氧化物纳米片；所获得的复合电极材料具有良好的导电性且形貌可控，具有超高比容量；制备方法具体是将六水硝酸锌、六水硝酸钴及尿素溶解于去离子水中，超声及搅拌后获得淡粉色混合溶液，随后将混合溶液置于反应釜中，将泡沫镍浸没到反应釜的溶液中反应，得到锌钴双金属氢氧化物。本发明专利技术制备方法简单、原料成本低廉、制备过程易于控制。所制备的电极材料结构稳定、比表面积大、活性位点丰富，从而展现出了较高的放电比容量以及良好的倍率性能，可作为超级电容器的正极材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电化学储能
，具体涉及一种具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着化石能源的短缺和环境污染的日益严重，使得全球科研人员不断探索可持续的能源储存设备。超级电容器作为一种新型的储能器件，由于其充放电速率快、功率密度高、循环寿命长以及绿色无污染等诸多优点，在储能领域占据重要地位。但同时由于其能量密度和导电性低限制了其广泛应用。超级电容器的性能在很大程度上取决于电极材料的结构和性能，因此探究新型的电极材料已经迫在眉睫。
[0003]超级电容器电极材料主要分为：双电层碳基材料和赝电容材料(过渡金属氧化物/氢氧化物和导电聚合物等)。与碳基材料相比，过渡金属氧化物/氢氧化物具有更高的容量以及能量密度，但其较低的导电性和循环稳定性极大的限制了过渡金属氧化物/氢氧化物的应用。
[0004]层状双金属氢氧化物(LDHs)因其理论比容量高、成本低且环保在储能领域得到了很大的关注，例如：NiCo
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LDH、CoMn
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LDH、NiMn
‑
LDH等。而以锌元素为主导的层状双金属氢氧化物电极材料的研究较少。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料及其制备方法，具体在泡沫镍上原位生长了一定含量比的锌钴双金属氢氧化物电极材料，然后在纳米尺寸上对其形貌进一步调控，对材料微观结构进行优化，从而提高其电化学性能。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
[0007]一种具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料的制备方法，该方法是以高温下结构稳定的泡沫镍作为基底，再通过一步水热法反应于基底上原位生长所需的锌钴双金属氢氧化物纳米片，其化学通式记为Zn
x
Co
y
‑
LDH@NF。
[0008]进一步地，如上所述具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0009]S1、裁剪泡沫镍；
[0010]S2、将步骤S1制得的泡沫镍置于盐酸中，超声洗去泡沫镍表面的氧化层，接着用去离子水和酒精将其洗涤，烘干，作为基底备用；
[0011]S3、量取一定体积的去离子水倒入容器中，按摩尔配比称取Zn(NO3)2·
6H2O、Co(NO3)2·
6H2O以及CO(NH2)2，并依次加入容器中，在超声下搅拌，直至形成均匀的淡粉色混合溶液；
[0012]S4、将步骤S3中的混合溶液和步骤S2处理过的泡沫镍一同转移到反应釜中，在一定温度下进行水热反应；
[0013]S5、待反应完后自然冷却到室温，取出泡沫镍，用去离子水和乙醇超声洗涤后烘干，即可在泡沫镍上获得所需的锌钴双金属氢氧化物电极材料。
[0014]进一步地，如上所述具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料的制备方法，步骤S1中，泡沫镍裁剪的规格为(0.5～2)cm
×
2cm。
[0015]进一步地，如上所述具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料的制备方法，步骤S2中，共洗涤2～3次，烘干温度控制在60～70℃，烘干时间控制在6～12h。
[0016]进一步地，如上所述具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料的制备方法，步骤S3中，Zn(NO3)2·
6H2O、Co(NO3)2·
6H2O的摩尔比为1：0.5～2；Zn(NO3)2·
6H2O、Co(NO3)2·
6H2O的总摩尔量与尿素的摩尔量之比为2：3。
[0017]进一步地，如上所述具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料的制备方法，步骤S4中，水热反应的温度控制在130～150℃，反应时间控制在6～8h。
[0018]进一步地，如上所述具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料的制备方法，步骤S5中，超声时间控制在1～3min，洗涤次数控制在3～4次；烘干温度控制在50～70℃，烘干时间在8～12h。
[0019]一种具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料，由如上所述的制备方法制备得到。该电极材料具有较高的比表面积，相对可提供更多的氧化还原活性位点，增大离子传输效率。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1、本专利技术所用原料来源广泛，对环境友好，安全无污染，制备过程简单，便捷，成本低廉，具有良好的超级电容器应用前景。
[0022]2、本专利技术通过一种简单的水热反应制备了在泡沫镍上原位生长的ZnCo
‑
LDH作为超级电容器正极材料。由于泡沫镍具有相对更大的比表面积和离子导电性，并且Zn和Co元素之间的协同效应以及其多个氧化态产生的多个氧化活性位点，从而使得获得的Zn
x
Co
y
‑
LDH@NF电极材料比其它层状化物具有更高的比容量。除此之外，在反应过程中没有发生以往双金属层状化物发生的团聚现象，因此其电化学性能得到明显提高。
[0023]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为实施例1得到的Zn1Co1‑
LDH@NF所对应的场发射扫描电镜图；
[0026]图2为实施例1得到的Zn1Co1‑
LDH@NF电极材料的性能示意图；
[0027]其中：a为循环伏安图，b为充放电倍率曲线，c为倍率性能图；
[0028]图3为实施例1得到的Zn1Co1‑
LDH@NF在5A/g大电流密下的长循环图像；
[0029]图4为实施例2得到的Zn1Co2‑
LDH@NF所对应的场发射扫描电镜图；
[0030]图5为实施例2得到的Zn1Co2‑
LDH@NF电极材料的性能示意图；
[0031]其中：a为循环伏安图，b为充放电倍率曲线，c为倍率性能图；
[0032]图6为实施例3得到的Zn2Co1‑
LDH@NF所对应的场发射扫描电镜图；
[0033]图7为实施例3得到的Zn2Co1‑
LDH@NF电极材料的性能示意图；
[0034]其中：a为循环伏安图，b为充放电倍率曲线，c为倍率性能图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料的制备方法，其特征在于，该方法是以高温下结构稳定的泡沫镍作为基底，再通过一步水热法反应于基底上原位生长所需的锌钴双金属氢氧化物纳米片。2.根据权利要求1所述的具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1、裁剪泡沫镍；S2、将步骤S1制得的泡沫镍置于盐酸中，超声洗去泡沫镍表面的氧化层，接着用去离子水和酒精将其洗涤，烘干，作为基底备用；S3、量取一定体积的去离子水倒入容器中，按摩尔配比称取Zn(NO3)2·
6H2O、Co(NO3)2·
6H2O以及CO(NH2)2，并依次加入容器中，在超声下搅拌，直至形成均匀的淡粉色混合溶液；S4、将步骤S3中的混合溶液和步骤S2处理过的泡沫镍一同转移到反应釜中，在一定温度下进行水热反应；S5、待反应完后自然冷却到室温，取出泡沫镍，用去离子水和乙醇超声洗涤后烘干，即可在泡沫镍上获得所需的锌钴双金属氢氧化物电极材料。3.根据权利要求2所述的具有超高比容量的锌钴双金属氢氧化物电极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，泡沫镍裁剪的规格为(0.5～2)cm

【专利技术属性】
技术研发人员：夏爱林，周文东，秦清清，汤浩，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：