一种NiO@CoMoO4/NF电容电极的制备方法转让专利
申请号 : CN202110693285.1
文献号 : CN113421775B
文献日 : 2022-05-13
发明人 : 程正富 , 田亮亮 , 杨文耀 , 张晓宇 , 李雪
申请人 : 重庆文理学院
摘要 :
权利要求 :
1.一种NiO@CoMoO4/NF电容电极的制备方法,其特征在于,它是以NF、COCl2.6H2O、Na2MOO4.2H2O、葡萄糖、韧性材料为原材料,分别经过NiO@CoMoO4/NF的制备,NiO@CoMoO4/NF碳量子点负载,负载碳量子点的NiO@CoMoO4/NF韧性材料包裹步骤制得;其中,所述韧性材料是由碳粉、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、铝粉、去离子水制得;
上述负载碳量子点的NiO@CoMoO4/NF韧性材料包裹是按如下步骤制得:(1)韧性材料制备:将去离子水加热至55 65℃,在搅拌条件下,加入羧甲基纤维素钠,~
分散均匀后,放置2 3小时,得羧甲基纤维素钠溶液,备用;另取丁苯橡胶,加热至80 90℃,~ ~
在搅拌条件下,加入羧甲基纤维素钠溶液,继续搅拌40 60分钟,依次加入碳粉,铝粉,再继~
续搅拌20 30分钟,保温条件下,备用;所述搅拌转速为20 50r/min;
~ ~
(2)负载碳量子点的NiO@CoMoO4/NF韧性材料包裹:将负载碳量子点的NiO@CoMoO4/NF电极浸入韧性材料中,保温80 90℃条件下静置1 2小时,取出,置于鼓风干燥箱中,设置干燥~ ~
温度为40 45℃,干燥10 12小时,即得;
~ ~
所述NiO@CoMoO4/NF中的NF为泡沫镍,其中NiO纳米片生长在NF上,CoMoO4纳米片是均匀垂直生长在NiO纳米片表面,从而形成片‑片的核壳结构。
2.如权利要求1所述的一种NiO@CoMoO4/NF电容电极的制备方法,其特征在于,所述铝粉粒径为30 80μm,所述碳粉粒径为30 80μm;所述碳粉、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、铝粉、去~ ~
离子水的质量比为1 3:2 6:30 35:2 4:20 40。
~ ~ ~ ~ ~
3.如权利要求2所述的一种NiO@CoMoO4/NF电容电极的制备方法,其特征在于,所述NiO@CoMoO4/NF电极的制备是按如下步骤制得:(1)将NF浸入2.5 3.0mol/L的盐酸溶液中超声处理10 20分钟,取出,用去离子水清洗~ ~
除去表面杂质,然后置于真空干燥箱中,设置真空度为‑0.05 ‑0.08MPa,干燥温度为40 50~ ~
℃,干燥10 13小时,取出,然后将处理后的NF浸入去离子水中并转移至不锈钢高压反应釜~
中,NF与去离子水的质量比为1:700 900,随后恒温在140 150℃条件下保温24 28小时,自~ ~ ~
然冷却至室温,取出,用去离子水清洗3 5次,然后再置于真空干燥箱中,设置真空度为‑~
0.05 ‑0.08MPa,温度60 70℃干燥25 28小时,干燥结束,置于石英管式炉中,以升温速率为~ ~ ~
0.5 0.8℃/min升温至400 450℃保温2 3小时,即得NiO片/NF;
~ ~ ~
(2)另取质量份为65.1份的COCl2.6H2O和质量份为50.8份的Na2MOO4.2H2O全部溶解在质量份为2300 2800份的去离子水中,然后将步骤(1)中制得的NiO片/NF浸入并搅拌60~ ~
90min,搅拌结束,转移至不锈钢反应釜中,设定温度为160 170℃在保温6 8h,然后冷却至~ ~
室温,取出,加入去离子水浸没,超声清洗3 5分钟,然后置于真空干燥箱中,设定真空度为‑~
0.05~‑0.08MPa,温度60~70℃干燥8~10小时,取出即得NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱体,然后将NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱体置于石英管式炉中,以升温速率为0.5~0.8℃/min升温至400~420℃保温2小时,即为NiO@CoMoO4/NF电极。
4.如权利要求3所述的一种NiO@CoMoO4/NF电容电极的制备方法,其特征在于,上述NiO@CoMoO4/NF还需经过碳量子点负载处理,它是按如下步骤制得:(1)制备碳量子点水溶液:将葡萄糖按质量比为1:10 15溶于去离子水中得到葡萄糖水~
溶液,将葡萄糖水溶液置于具有不锈钢外壳和聚四氟乙烯内衬的反应釜中,然后将反应釜置于干燥箱中,设置温度为200 230℃热处理30 36小时,得到反应液,然后置于离心机中,~ ~
设施离心转速10000 12000r/min,离心处理20 30分钟,分取上清液即为碳量子点水溶液;
~ ~
(2)NiO@CoMoO4/NF碳量子点负载:将上述制得的NiO@CoMoO4/NF置于碳量子点水溶液中,在转速为10 20转/min搅拌1 2小时进行沉积,沉积结束,置于电热鼓风干燥箱中,设置~ ~
温度为90~100℃,干燥10~15小时,即完成NiO@CoMoO4/NF碳量子点负载。
说明书 :
一种NiO@CoMoO4/NF电容电极的制备方法
技术领域
背景技术
遇环境污染和能源问题,与此同时,能源应用形态也正在随着高科技信息化时代的来临而
变化,可再生、无污染、小型分立的可移动高性能电源需求快速增长,这其中超级电容器作
为高效率的能源转换装置越来越受到关注和重视。超级电容是一种介于传统电容和二次电
池之间的新型储能器件,兼具传统电容器的高功率特性和电池的高能量特性;超级电容器
的高比功率、大电流充放电能力、超低温性能、高可靠性、绿色环保等特点,使其在交通运
输、再生能源、工业电子、军事装备等诸多领域作为功率电源或储能电源具有独特的优势;
因此,超级电容器作为本世纪重点发展的新型储能产品之一,正在为越来越多的国家和企
业争相研制和生产。
步提高性能,具有纳米结构的过渡金属氧化物材料已成为目前超级电容器领域的研究热
点,纳米结构不仅可以为电化学反应提供更多活性位点,同时还可以缩短离子的传输路径,
但是纳米结构的过渡金属氧化物材料作为超级电容电极材料比电容值还不太理想,理论值
与实验值相差甚远,另一方面,纳米结构的过渡金属氧化物电极充放电过程,由于电极体积
变化,会破坏本身结构,最终导致超级电容多次充放电后储能性能下降,循环稳定性不够理
想,此外,由于纳米结构的过渡金属氧化物电极长时间处于电解液中,电解液具有一定腐蚀
性,也会导致电极结构被破坏,最终导致充放电性能下降,使用寿命大大缩短。
发明内容
碳量子点负载,负载碳量子点的NiO@CoMoO4/NF韧性材料包裹等步骤制得;其中,所述韧性
材料是由碳粉、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、铝粉、去离子水制得;所述NF为泡沫镍。
维素钠、丁苯橡胶、铝粉、去离子水的质量比为1 3:2 6:30 35:2 4:20 40。
~ ~ ~ ~ ~
成2D枝状核壳结构,可弥补上述缺陷,提升电极电化学性能,所述NiO@CoMoO4/NF电极的制
备是按如下步骤制得:
清洗除去表面杂质,然后置于真空干燥箱中,设置真空度为‑0.05 ‑0.08MPa,干燥温度为40
~
50℃,干燥10 13小时,取出,然后将处理后的NF浸入去离子水中并转移至不锈钢高压反应
~ ~
釜中,NF与去离子水的质量比为1:700 900,随后恒温在140 150℃条件下保温24 28小时,
~ ~ ~
自然冷却至室温,取出,用去离子水清洗3 5次,然后再置于真空干燥箱中,设置真空度为‑
~
0.05 ‑0.08MPa,温度60 70℃干燥25 28小时,干燥结束,置于石英管式炉中,以升温速率为
~ ~ ~
0.5 0.8℃/min升温至400 450℃保温2 3小时,即得NiO片/NF。
~ ~ ~
~ ~
90min,搅拌结束,转移至不锈钢反应釜中,设定温度为160 170℃在保温6 8h,然后冷却至
~ ~
室温,取出,加入去离子水浸没,超声清洗3 5分钟,然后置于真空干燥箱中,设定真空度为‑
~
0.05~‑0.08MPa,温度60~70℃干燥8~10小时,取出即得NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱体,然
后将NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱体置于石英管式炉中,以升温速率为0.5~0.8℃/min升温
至400~420℃保温2小时,即为NiO@CoMoO4/NF电极。
的接触面积,以便提供充足的电化学活性位点,并且这种2D枝状核壳结构可提高电子接收
效率和可快速的电子传输速度,保证电子传输动力学的优势;另外,通过CoMoO4纳米片的相
互作用形成扩散通道可以促进电解液的扩散,更加有利于核材料的利用,而2D枝状的多孔
结构可以为电极材料在充放电过程中提供应力释放空间,保证电极充放电稳定性。
糖水溶液,将葡萄糖水溶液置于具有不锈钢外壳和聚四氟乙烯内衬的反应釜中,然后将反
应釜置于干燥箱中,设置温度为200 230℃热处理30 36小时,得到反应液,然后置于离心机
~ ~
中,设施离心转速10000 12000r/min,离心处理20 30分钟,分取上清液即为碳量子点水溶
~ ~
液;
~ ~
置温度为90~100℃,干燥10~15小时,即完成NiO@CoMoO4/NF碳量子点负载,所述超声频率为
10 KHZ~20KHZ。碳量子点可沉积在NiO@CoMoO4/NF电极的多孔结构内部和电极表面,可使得
NiO@CoMoO4/NF电极获得更多的比电容值,同时也可大幅提高电极导电性能。
上述NiO@CoMoO4/NF电极还需经韧性材料包裹处理,2D枝状的多孔结构可以为电极材料在
充放电过程中提供应力释放空间,同时配合特定韧性材料包裹,可使得NiO@CoMoO4/NF电极
可适应充放电过程中体积变化,最终导致其2D枝状的多孔结构不被破坏,上述NiO@CoMoO4/
NF韧性材料包裹是按如下步骤制得:
钠,分散均匀后,放置2 3小时,得羧甲基纤维素钠溶液,备用;另取丁苯橡胶,加热至80 90
~ ~
℃,在搅拌条件下,加入羧甲基纤维素钠溶液,继续搅拌40 60分钟,依次加入碳粉,铝粉,再
~
继续搅拌20 30分钟,保温条件下,备用;所述搅拌转速为20 50r/min。
~ ~
~ ~ ~
时,即得。羧甲基纤维素钠独特的粘结性能可使得上述韧性材料牢牢的覆盖于NiO@CoMoO4/
NF电极表面,而丁苯橡胶与羧甲基纤维素钠配合,一方面可使得NiO@CoMoO4/NF电极更加具
有韧性,使得其更加适应充放电过程中的体积变化,保证核壳结构不被破坏,另一方面,丁
苯橡胶与羧甲基纤维素钠可在NiO@CoMoO4/NF电极表面形成薄膜,防止电解液对电极的腐
蚀破坏,最终使得多次充放电过程中充放电性能不会下降,循环稳定性好。
触面积,以便提供充足的电化学活性位点,NiO片与CoMoO4纳米片这种2D特性提高了电子接
收效率和快速的电子传输速率,保证电子传输动力学的优势;通过CoMoO4纳米片的相互作
用形成扩散通道可以促进电解液的扩散,更加有利于核材料的利用,而碳量子点的引入,贯
穿于2D枝状的多孔结构的内部,使得NiO@CoMoO4/NF具有更高的比电容值,同时也可大幅提
高电极导电性能,另一方面NiO@CoMoO4/NF电极经过韧性材料处理,可使得NiO@CoMoO4/NF电
极适应充放电过程由于体积变化,同时还可以防止电解液的腐蚀作用,最终使得产品循环
稳定性好,充放电循环10000次后,本发明容量没有衰减,仍然保持最大容量的100%,质量比
电容具有大幅度增加,在1 A/g时电极的质量比电容可高达1457F/g,电化学储能优异,值得
市场推广。
附图说明
具体实施方式
燥12小时,取出,然后将处理后的NF浸入去离子水中并转移至不锈钢高压反应釜中,NF与去
离子水的质量比为1:800,随后恒温在145℃条件下保温26小时,自然冷却至室温,取出,用
去离子水清洗4次,然后再置于真空干燥箱中,设置真空度为‑0.07MPa,温度65℃干燥26小
时,干燥结束,置于石英管式炉中,以升温速率为0.7℃/min升温至420℃保温2.5小时,即得
NiO片/NF;
拌结束,转移至不锈钢反应釜中,设定温度为165℃在保温7h,然后冷却至室温,取出,加入
去离子水浸没,超声清洗4分钟,然后置于真空干燥箱中,设定真空度为‑0.07MPa,温度65℃
干燥9小时,取出即得NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱体,然后将NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱
体置于石英管式炉中,以升温速率为0.6℃/min升温至410℃保温2小时,即为NiO@CoMoO4/
NF电极。
釜置于干燥箱中,设置温度为220℃热处理35小时,得到反应液,然后置于离心机中,设施离
心转速11000r/min,离心处理25分钟,分取上清液即为碳量子点水溶液;
为95℃,干燥12小时,即完成NiO@CoMoO4/NF碳量子点负载,所述超声频率为15KHZ。
拌条件下,加入羧甲基纤维素钠溶液,继续搅拌50分钟,依次加入碳粉,铝粉,再继续搅拌25
分钟,保温条件下,备用;所述搅拌转速为40r/min;所述铝粉粒径为30 80μm,所述碳粉粒径
~
为30 80μm;所述碳粉、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、铝粉、去离子水的质量比为2:4:32:3:
~
30。
A/g,15 A/g,20 A/g电流密度下测试电极的充放电曲线。
燥12小时,取出,然后将处理后的NF浸入去离子水中并转移至不锈钢高压反应釜中,NF与去
离子水的质量比为1:800,随后恒温在145℃条件下保温26小时,自然冷却至室温,取出,用
去离子水清洗4次,然后再置于真空干燥箱中,设置真空度为‑0.07MPa,温度65℃干燥26小
时,干燥结束,置于石英管式炉中,以升温速率为0.7℃/min升温至420℃保温2.5小时,即得
NiO片/NF;
拌结束,转移至不锈钢反应釜中,设定温度为165℃在保温7h,然后冷却至室温,取出,加入
去离子水浸没,超声清洗4分钟,然后置于真空干燥箱中,设定真空度为‑0.07MPa,温度65℃
干燥9小时,取出即得NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱体,然后将NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱
体置于石英管式炉中,以升温速率为0.6℃/min升温至410℃保温2小时,即为NiO@CoMoO4/
NF电极。
釜置于干燥箱中,设置温度为220℃热处理35小时,得到反应液,然后置于离心机中,设施离
心转速11000r/min,离心处理25分钟,分取上清液即为碳量子点水溶液;
为95℃,干燥12小时,即完成NiO@CoMoO4/NF碳量子点负载,所述超声频率为15KHZ。
A/g,15 A/g,20 A/g电流密度下测试电极的充放电曲线。
燥12小时,取出,然后将处理后的NF浸入去离子水中并转移至不锈钢高压反应釜中,NF与去
离子水的质量比为1:800,随后恒温在145℃条件下保温26小时,自然冷却至室温,取出,用
去离子水清洗4次,然后再置于真空干燥箱中,设置真空度为‑0.07MPa,温度65℃干燥26小
时,干燥结束,置于石英管式炉中,以升温速率为0.7℃/min升温至420℃保温2.5小时,即得
NiO片/NF;
拌结束,转移至不锈钢反应釜中,设定温度为165℃在保温7h,然后冷却至室温,取出,加入
去离子水浸没,超声清洗4分钟,然后置于真空干燥箱中,设定真空度为‑0.07MPa,温度65℃
干燥9小时,取出即得NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱体,然后将NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱
体置于石英管式炉中,以升温速率为0.6℃/min升温至410℃保温2小时,即为NiO@CoMoO4/
NF电极。
釜置于干燥箱中,设置温度为220℃热处理35小时,得到反应液,然后置于离心机中,设施离
心转速11000r/min,离心处理25分钟,分取上清液即为碳量子点水溶液;
为95℃,干燥12小时,即完成NiO@CoMoO4/NF碳量子点负载,所述超声频率为15KHZ。
转速为40r/min;所述铝粉粒径为30 80μm,所述碳粉粒径为30 80μm;所述碳粉、羧甲基纤维
~ ~
素钠、丁苯橡胶、铝粉、去离子水的质量比为2:4:32:3:30。
A/g,15 A/g,20 A/g电流密度下测试电极的充放电曲线。
燥12小时,取出,然后将处理后的NF浸入去离子水中并转移至不锈钢高压反应釜中,NF与去
离子水的质量比为1:800,随后恒温在145℃条件下保温26小时,自然冷却至室温,取出,用
去离子水清洗4次,然后再置于真空干燥箱中,设置真空度为‑0.07MPa,温度65℃干燥26小
时,干燥结束,置于石英管式炉中,以升温速率为0.7℃/min升温至420℃保温2.5小时,即得
NiO片/NF;
拌结束,转移至不锈钢反应釜中,设定温度为165℃在保温7h,然后冷却至室温,取出,加入
去离子水浸没,超声清洗4分钟,然后置于真空干燥箱中,设定真空度为‑0.07MPa,温度65℃
干燥9小时,取出即得NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱体,然后将NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱
体置于石英管式炉中,以升温速率为0.6℃/min升温至410℃保温2小时,即为NiO@CoMoO4/
NF电极。
釜置于干燥箱中,设置温度为220℃热处理35小时,得到反应液,然后置于离心机中,设施离
心转速11000r/min,离心处理25分钟,分取上清液即为碳量子点水溶液;
为95℃,干燥12小时,即完成NiO@CoMoO4/NF碳量子点负载,所述超声频率为15KHZ。
钟,保温条件下,备用;所述搅拌转速为40r/min;所述铝粉粒径为30 80μm,所述碳粉粒径为
~
30 80μm;所述碳粉、羧甲基纤维素钠、铝粉、去离子水的质量比为2:4: 3:30。
~
A/g,15 A/g,20 A/g电流密度下测试电极的充放电曲线。
燥13小时,取出,然后将处理后的NF浸入去离子水中并转移至不锈钢高压反应釜中,NF与去
离子水的质量比为1:900,随后恒温在140℃条件下保温28小时,自然冷却至室温,取出,用
去离子水清洗3次,然后再置于真空干燥箱中,设置真空度为‑0.05MPa,温度70℃干燥28小
时,干燥结束,置于石英管式炉中,以升温速率为0.5℃/min升温至400℃保温3小时,即得
NiO片/NF;
拌结束,转移至不锈钢反应釜中,设定温度为160℃在保温6h,然后冷却至室温,取出,加入
去离子水浸没,超声清洗3分钟,然后置于真空干燥箱中,设定真空度为‑0.05MPa,温度60℃
干燥10小时,取出即得NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱体,然后将NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱
体置于石英管式炉中,以升温速率为0.5℃/min升温至400℃保温2小时,即为NiO@CoMoO4/
NF电极。
釜置于干燥箱中,设置温度为200℃热处理30小时,得到反应液,然后置于离心机中,设施离
心转速10000r/min,离心处理20分钟,分取上清液即为碳量子点水溶液;
为90℃,干燥15小时,即完成NiO@CoMoO4/NF碳量子点负载,所述超声频率为10 KHZ。
条件下,加入羧甲基纤维素钠溶液,继续搅拌40分钟,依次加入碳粉,铝粉,再继续搅拌20分
钟,保温条件下,备用;所述搅拌转速为20r/min;所述铝粉粒径为30 80μm,所述碳粉粒径为
~
30 80μm;所述碳粉、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、铝粉、去离子水的质量比为1:2:30:2:20。
~
产品容量未衰减,仍然保持最大电容的100%。
燥13小时,取出,然后将处理后的NF浸入去离子水中并转移至不锈钢高压反应釜中,NF与去
离子水的质量比为1:700,随后恒温在150℃条件下保温28小时,自然冷却至室温,取出,用
去离子水清洗5次,然后再置于真空干燥箱中,设置真空度为‑0.08MPa,温度60℃干燥25小
时,干燥结束,置于石英管式炉中,以升温速率为0.8℃/min升温至450℃保温2小时,即得
NiO片/NF;
拌结束,转移至不锈钢反应釜中,设定温度为170℃在保温6h,然后冷却至室温,取出,加入
去离子水浸没,超声清洗5分钟,然后置于真空干燥箱中,设定真空度为‑0.08MPa,温度60℃
干燥10小时,取出即得NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱体,然后将NiO片@CoMoO4纳米片/NF前驱
体置于石英管式炉中,以升温速率为0.8℃/min升温至420℃保温2小时,即为NiO@CoMoO4/
NF电极。
釜置于干燥箱中,设置温度为230℃热处理36小时,得到反应液,然后置于离心机中,设施离
心转速12000r/min,离心处理30分钟,分取上清液即为碳量子点水溶液;
为100℃,干燥15小时,即完成NiO@CoMoO4/NF碳量子点负载,所述超声频率为20KHZ。
条件下,加入羧甲基纤维素钠溶液,继续搅拌60分钟,依次加入碳粉,铝粉,再继续搅拌30分
钟,保温条件下,备用;所述搅拌转速为50r/min;所述铝粉粒径为30 80μm,所述碳粉粒径为
~
30 80μm;所述碳粉、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、铝粉、去离子水的质量比为3:6:35:4: 40。
~
产品容量未衰减,仍然保持最大电容的100%。