專利名稱：泡沫鎳原位制備CuO的超級電容器電極材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電極材料的制備方法，具體地說是一種泡沫鎳原位制備的 CuO電極材料的方法。
背景技術(shù)：
超級電容器是利用電極/溶液表面的電化學(xué)過程儲存電荷的一種儲能元件，也叫 電化學(xué)電容器。它具有可快速充放電，且壽命長、工作溫限寬、電壓記憶性好、免維護的優(yōu) 點，是一種新型、高效、實用的能量儲存裝置。為了進一步提高超級電容器的能量密度，近年來開發(fā)出了混合型超級電容器?；?合超級電容器是利用金屬氧化物與活性炭分別作為正負極電極材料的電容器，其工作機理 主要是雙電層原理和法拉第準(zhǔn)電容原理。雙電層電容允許大電流快速充放電，而法拉第準(zhǔn) 電容可通過快速可逆的法拉第反應(yīng)來實現(xiàn)大能量存儲，超級電容器的大容量和高功率充放 電就是由這兩種原理產(chǎn)生的。并且兩者結(jié)合起來會產(chǎn)生更高的工作電壓，因此混合電容器 的能量密度遠大于雙電層電容器，但同時其充放電曲線又具有明顯的非線性。由于在超級 電容器的充放電過程中正負極的儲能機理不同，因此其具有雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容 器的雙重特征。電極材料是決定超級電容器性能的關(guān)鍵因素之一，所以電極材料的研究也成為超 級電容器研究的熱點。對電極材料的研究主要集中在高比容量、高能量密度、高功率密度、 低等效串聯(lián)電阻以及性價比高的活性材料上。其中CuO是一種重要的過渡金屬氧化物電極 材料。電極放電時，CuO接受兩個電子還原為Cu20，Cu2O再接受兩個電子還原為Cu。電 極充電時，Cu吸附溶液中的0H—，被氧化成Cu2O ；然后Cu2O吸附溶液中的0H—，被氧化成CuO。 參見(1)式和( 式。
Cu2O + 20H"與 2CuO + H2O + 2e"(1)
2Cu + 20H"與 Cu2O + H2O + 2e"(2)氧化銅的制備方法很多，如微乳液法、激光蒸凝法、沸騰回流法、電化學(xué)法和模板 法等。無論采用那一種方法制備CuO，都需將先CuO與活性炭和粘結(jié)劑混合，再壓制到導(dǎo) 電載體泡沫鎳上。這樣做不但活性催化物質(zhì)的利用率低，而且在大電流放電時很容易出現(xiàn) 濃差極化，此外CuO與泡沫鎳的連接也不緊密，接觸電阻大，嚴(yán)重地影響了超級電容器的 性能。具體可參見文獻 Zhang H X， Zhang M L. Synthesis of CuO nanocrystallineand their application aselectrode materials for capacitors. Materials Chemistryand Physics,108(2008) 184 187. , VX R Zhang H X, Feng J, Zhang M L. Preparationof flower-like CuO by a simple chemical precipitation method and theirapplication as electrode materials for capacitor[J]. Materials ResearchBulletin,43(2008)3221 3226。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備方法簡單，比容量高，循化性能好的泡沫鎳原位 制備CuO的超級電容器電極材料的方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的先將0.1-0. 3mol · T1Cu(NO 3)2和質(zhì)量百分比25_30 %的氨水溶液混勻，攪拌 15-30min,至呈深藍色混合溶液；將深藍色混合溶液在90°C下預(yù)熱池后放入Hcm2的泡沫 鎳，在80-95°C溫度下加熱5-8小時，取出泡沫鎳烘干，既得泡沫鎳原位制備的CuO電極材 料；所述泡沫鎳的比表面積為300-350g · m_2。本發(fā)明提供了一種以泡沫鎳原位制備的CuO為超級電容器的電極材料的方法，克 服了活性物質(zhì)利用率低，在大電流放電時易出現(xiàn)濃差極化，以及CuO與泡沫鎳的連接也不 緊密，接觸電阻大等缺點，解決了超級電容器的電極材料活性差的問題。本發(fā)明以泡沫鎳原位制備的CuO為電極材料，按(1)式和( 式進行充放電，再和 其它電極材料組成超級電容器。本發(fā)明的實質(zhì)是采用超級電容器結(jié)構(gòu)，以泡沫鎳原位制備的CuO取代CuO粉末與 活性炭和粘結(jié)劑混合再壓制到泡沫鎳上的做法，構(gòu)成超級電容器的電極。本發(fā)明的優(yōu)點在于利用泡沫鎳原位制備的CuO作為超級電容器的電極材料，不但 制備方法簡單，而且比容量高，循化性能好。
具體實施例方式下面舉例對本發(fā)明做更詳細的描述1、先將0. Imol .I^Cu (NO3) 2和質(zhì)量百分比25%的氨水溶液混勻，攪拌20min，至呈 深藍色溶液。將該混合溶液在90°C下預(yù)熱池后放入Hcm2的泡沫鎳(300-350g ·πΓ2)，再 加熱(80-95°C )5-8小時，取出泡沫鎳烘干，既得泡沫鎳原位制備的CuO電極材料。2、先將0. 2mol -L^1Cu (NO3) 2和質(zhì)量百分比30 %的氨水溶液混勻，攪拌30min，至呈 深藍色溶液。將該混合溶液在90°C下預(yù)熱池后放入Hcm2的泡沫鎳(300-350g ·πΓ2)，再 加熱(80-95°C )5-8小時，取出泡沫鎳烘干，既得泡沫鎳原位制備的CuO電極材料。3、先將0. 3mol · L^1Cu (NO3) 2和質(zhì)量百分比30 %的氨水溶液混勻，攪拌30min，至呈 深藍色溶液。將該混合溶液在90°C下預(yù)熱池后放入Hcm2的泡沫鎳(300-350g ·πΓ2)，再 加熱(80-95°C )5-8小時，取出泡沫鎳烘干，既得泡沫鎳原位制備的CuO電極材料。為了更好地說明本發(fā)明的效果，下面以具體實例加以說明。1、利用泡沫鎳原位制備的CuO作為正極，以6mol/L的KOH作為電解液，尼龍-聚 丙烯纖維作為隔膜，活性炭電極作為電池的負極，得CuO/活性炭混合電容器。以電流密 度5mA · cm_2恒流充放電時最大比容量為60. 4F · 循環(huán)500次后放電比容量仍保持 28. 7F · g-1。2、利用泡沫鎳原位制備的CuO作為工作電極，以6mol/L的KOH作為電解液，鉬電 極為對電極，飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極，以電流密度5mA · cm-2恒流充放電測試其 放電比容量最高可達614. 3F · g—1，充放電循環(huán)500次后比容量衰減率為5. 7%。
3、利用泡沫鎳原位制備的Cua9Coa…作為工作電極，以6mol/L的KOH作為電解液， 鉬電極為對電極，飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極，以電流密度5mA · cm-2恒流充放電測 試其放電比容量最高可達684. 5F · g—1，充放電循環(huán)500次后比容量衰減率為4. 8%。4、利用泡沫鎳原位制備的Cutl9Nia…作為工作電極，以6mol/L的KOH作為電解液， 鉬電極為對電極，飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極，以電流密度5mA · cm-2恒流充放電測 試其放電比容量最高可達646. IF · g—1，充放電循環(huán)500次后比容量衰減率為5. 1%。
權(quán)利要求
1. 一種泡沫鎳原位制備CuO的超級電容器電極材料的方法，其特征是先將 0. 1-0. 3mol .L-1Cu(NO3)2和質(zhì)量百分比25-30%的氨水溶液混勻，攪拌15-30min，至呈深藍 色混合溶液；將深藍色混合溶液在90°C下預(yù)熱濁后放入Hcm2的泡沫鎳，在80-95°C溫度 下加熱5-8小時，取出泡沫鎳烘干，既得泡沫鎳原位制備的CuO電極材料；所述泡沫鎳的比 表面積為 300-350g · πΓ2。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種泡沫鎳原位制備CuO的超級電容器電極材料的方法。先將0.1-0.3mol·L-1Cu(NO3)2和質(zhì)量百分比25-30％的氨水溶液混勻，攪拌15-30min，至呈深藍色混合溶液；將深藍色混合溶液在90℃下預(yù)熱2h后放入1-4cm2的泡沫鎳，在80-95℃溫度下加熱5-8小時，取出泡沫鎳烘干，既得泡沫鎳原位制備的CuO電極材料；所述泡沫鎳的比表面積為300-350g·m-2。本發(fā)明的實質(zhì)是采用超級電容器結(jié)構(gòu)，以泡沫鎳原位制備的CuO取代CuO粉末與活性炭和粘結(jié)劑混合再壓制到泡沫鎳上的做法，構(gòu)成超級電容器的電極。本發(fā)明不但制備方法簡單，而且比容量高，循化性能好。
文檔編號H01G9/042GK102129914SQ20111000134
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者常莎, 曹殿學(xué), 湯勝, 王莎莎, 王貴領(lǐng), 莫英華 申請人:哈爾濱工程大學(xué)