一种由金属配合物制备超级电容器复合氧化物材料的方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种由金属配合物制备超级电容器复合氧化物材料的方法及其应用，所述制备方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种由金属配合物制备超级电容器复合氧化物材料的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及超级电容器电极材料
，具体是一种由金属配合物制备超级电容器复合氧化物材料的方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着全球经济的快速发展，能源在维持社会正常运行中的作用是不言而喻的。然而随着燃料的过度使用，环境污染和能源困境变得越来越严重，因此为了解决这些紧迫的环境问题，可再生能源的发展已成为研究的热点。超级电容器作为一种新型的储能器件，因其更高的能量密度和功率密度而优于传统的并联板电容器而得到了广泛的研究。
[0003]尽管许多商业可用超级电容器的能量密度（低于10Wh/Kg）比传统的超级电容器高，但是相对锂离子电池和燃料电池来说，超级电容器的能量密度还是太低。随着全球经济的迅猛发展，迫切需要我们研究和开发出可以储存更多能量的超级电容器。
[0004]目前超级电容器电极材料的研究主要集中在碳基电极材料、导电聚合物电极材料和过渡金属化合物电极材料上，其中金属配合物作为一种功能材料，因为其结构多样性，可调节的孔径（孔隙率，表面积，密度），简单的合成工艺和低成本已经在诸多领域得到了应用。然而作为电极材料，在电荷或离子传输或迁移过程中对金属配合物的结构和体积会造成一些较明显的影响，从而影响了电极材料的稳定性，限制了其作为超级电容器电极材料的应用。金属配合物衍生得到的复合材料可以保持金属配合物的特点，又能克服电导率低和稳定性差的缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种由金属配合物制备超级电容器复合氧化物材料的方法及其应用，本专利技术所采取的技术方案如下：一种由金属配合物制备超级电容器复合氧化物材料的方法，包括以下步骤：
①
将碱溶于无水乙醇中，搅拌直至完全溶解。
[0006]②
将含羧基类有机配体加入
①
溶液中，搅拌直至完全溶解，所述羧基类有机配体采用2
‑
羟基苯甲酸，结构式如下：；
③
将镍盐完全溶解于去离子水中，其中，去离子水和步骤
①
中无水乙醇的体积比为2:1，然后，将该溶液缓慢滴入步骤
②
得到的溶液中，搅拌混合，其中，上述碱和羧基类有机配体与镍盐的摩尔比为1:2:1；
④
将搅拌好的溶液倒入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在电热鼓风干燥箱中
100
‑
140℃，反应3
‑
4天；
⑤
反应完毕，待反应釜自然冷却到室温，然后将得到的产物依次用去离子水和无水乙醇离心洗涤多次，最后在电热鼓风干燥箱中80
‑
100℃烘干，得到固体产物；
⑥
将得到的固体产物加入到石英舟中，在真空管式炉中氮气的保护下，以5℃/min的升温速率升温至400
‑
500℃，并在最高温度下恒温，恒温时间为0.5
‑
3h，自然冷却到室温后，得到复合氧化物材料。
[0007]进一步的，所述镍盐为可溶性镍盐，包括氯化镍、硫酸镍和硝酸镍。
[0008]进一步的，所述碱为强碱，包括氢氧化钠、氢氧化钾。
[0009]按照上述方法制备得到的用于制作超级电容器电极材料的复合氧化物材料也落入本专利技术的保护范围。
[0010]此外，本专利技术还提供通过本专利技术制备得到的复合氧化物材料应用方法，包括如下步骤：
①
利用如权利要求1所述的方法制得复合氧化物材料，将复合氧化物材料、乙炔黑、PTFE按质量比8:1:1混合在玛瑙研钵中，加入少量的乙醇，充分搅拌使它们混合均匀成浆状；
②
将混合均匀的奖状材料涂抹到已处理好的泡沫镍集流体上，在鼓风干燥箱中烘干后在红外压片机下10MPa压片，然后将制备好的电极压片泡在6mol/L的氢氧化钾溶液中，浸泡10h后，得到目标电极。
[0011]本专利技术方法通过金属
‑
有机配体之间的配位作用合成了一种独特的金属有机配合物，并且通过热处理，得到了一种新型的复合氧化物材料，该复合氧化物材料表面出现了许多空位和缺陷，这样就大大增加了复合氧化物材料与电解液的接触面积和活性位点，通过对该电极材料进行电化学测试，我们发现该电极材料具有优良的导电性的同时，还具有比较大的比电容量，而且在经过长达8000圈的循环寿命测试以后，电容保持率还能达到将近95%，电化学性能比较优良。
[0012]本专利技术的有益效果如下：通过本专利技术所提供的配体和合成方法，得到的复合氧化物材料，具有较丰富的活性位点和较好的导电性，用于超级电容器电极材料，具有优良的电化学性能（较大的比电容和较长的循环次数），适于实用电容器的开发；上述复合氧化物材料具有丰富的空位和缺陷，丰富的活性位点，导电性较好，其中碳为无定型状态，具有多价态（0、+2、+3）镍的复合结构；上述复合氧化物材料作为超级电容器电极的应用时，具有优良的电化学性质，良好的导电性，较大比电容，较长循环寿命。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。
[0014]附图1为本专利技术具体实施例得到的NiO/Ni/C的X射线衍射相分析；附图2为本专利技术具体实施例NiO/Ni/C的扫描电子显微镜图,其中，(a)为2μm图，(b)为1μm图,(c)为1μm图；附图3为本专利技术具体实施例NiO/Ni/C的 X射线光电子能谱图，其中，(a)为Ni 2p精细谱图，(b)为C 1s的精细谱图，(c)为O 1s的精细谱图；
附图4为本专利技术具体实施例NiO/Ni/C在三电极体系下不同扫速下的循环伏安曲线图；附图5为本专利技术具体实施例NiO/Ni/C在三电极体系下的恒电流充放电曲线图；附图6为本专利技术具体实施例NiO/Ni/C在三电极体系下的比容量曲线图；附图7为本专利技术具体实施例在不同处理时间下的比容量曲线图；附图8为本专利技术具体实施例NiO/Ni/C在三电极体系下的交流阻抗曲线图；附图9为本专利技术具体实施例NiO/Ni/C在电流密度10A/g时8000个循环内的寿命变化图。
具体实施方式
[0015]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。
[0016]本专利技术不局限于下述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本专利技术公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本专利技术的，或者凡是采用本专利技术的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本专利技术的保护范围。
[0017]一、材料来源原料如下表1
‑
1所示：仪器如下表1
‑
2所示：实施例1：
本实施例1是在经过对溶剂配比、有机配体与金属盐配比、恒温温度和恒温时间进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由金属配合物制备超级电容器复合氧化物材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
①
将碱溶于无水乙醇中，搅拌直至完全溶解；
②
将含羧基类有机配体的化合物加入
①
溶液中，搅拌直至完全溶解，所述羧基类有机配体为2
‑
羟基苯甲酸，其结构式如式（I）所示：；
③
将镍盐完全溶解于去离子水中，然后将得到的溶液缓慢滴入步骤
②
得到的溶液中，搅拌混合；
④
将步骤
③
搅拌好的溶液倒入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在电热鼓风干燥箱中100
‑
140℃，反应3
‑
4天；
⑤
反应完毕，待反应釜自然冷却到室温，然后将得到的产物依次用去离子水和无水乙醇离心洗涤多次，最后在电热鼓风干燥箱中80
‑
100℃烘干，得到固体产物；
⑥
将步骤
⑤
得到的固体产物加入到石英舟中，在真空管式炉中氮气的保护下，以5℃/min的升温速率升温至400
‑
500℃，并恒温，恒温时间为0.5
‑
3h，自然冷却到室温后，得到所述的复合氧化物材料。2.根据权利要求1所述的一种由金属配合物制备超级电容器复合氧化物材料的方法，其特征在于：所述碱为强碱，包括氢氧化钠、氢氧化钾。3.根据权利要求1所述的一种由金属配合物制备超级电容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新华，林希豪，赵亚娟，方国勇，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：