一種超級電容器電極材料及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于超級電容器電極材料技術領域，具體涉及一種超級電容器電極材料及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種環(huán)境友好的新型儲能、節(jié)能裝置，它的出世對于解決能源、環(huán)境這兩項涉及人類社會重大問題具有很重要的現(xiàn)實意義。超級電容器具有以下特點:
(1)充電速度快，超級電容器可以采用大電流充電，充電時間為幾十秒內完成:它具有靜電電容器的優(yōu)點(功率密度大)，克服了電池低比功率和充放電速度較慢的缺點。基于以上的優(yōu)點超級電容器很有可能發(fā)展成一種高效、實用、新型的能量儲存裝置；
(2)充放電壽命長。超級電容器工作的原理是發(fā)生可逆的化學反應，因此其理論壽命為無限，但真正運行中則僅達到十幾萬次；
(3)大電流放電能力超強，能量轉換效率高，過程損失小，大電流能量循環(huán)效率多90%;
(4)功率密度高，可達300wk.kg4?5000 wk.kg 相當于傳統(tǒng)電池的5?10倍。超級電容器的優(yōu)勢在于瞬間放出很大的電流；
(5)電極材料組成、生產(chǎn)、使用、儲存以及拆解過程均對環(huán)境無污染，是理想的綠色環(huán)保電源；
(6)充放電線路簡單，無需充電電池那樣的充電電路，安全系數(shù)高，長期使用免維護；
(7)超低溫特性好，溫度范圍寬:-40°C?+70°C;超級電容器的可逆反應大都發(fā)生在物質的表面，因此受溫度的影響比較小；
(8)檢測方便，剩余電量可直接讀出。
[0003]目前用于超級電容器的電極材料主要有碳材料、金屬氧化物材料和導電聚合物等。碳材料具有許多優(yōu)良的特性，例如:低的彈性模量、小的熱膨脹系數(shù)等特點，在電化學領域取得了很大的進展。碳材料是目前工業(yè)化中最有潛力的電極材料。目前常見的碳材料有:活性、碳黑、納米碳纖維、碳納米管、玻璃碳、碳氣凝膠。金屬氧化物電極引起了人們的廣泛興趣，它可分為貴金屬氧化物和廉價金屬氧化物。導電聚合物出現(xiàn)在1977年，從那時起一直是研宄的熱點。這種聚合物可用于制作電容器基板的主要原理是利用它特有的摻雜、去摻雜電荷的電子轉移過程。根據(jù)加入雜質元素的不同，主要有η-摻雜和P-摻裂。有機電解質和無機電解質均可作為這種聚合物電極的電解液，其儲能機理主要與非雙電層電容原理相同。眾所周知過渡金屬氧化物類的工作電壓較低，使其難以在高電壓下應用。而聚合物可以彌補其工作電壓不高的缺點，從而開辟了一個新的研宄領域。導電聚合物材料具有以下良好的特點:1、材料在充電條件下，具有良好的內在自動導電性。2、材料相對便宜，因此提高了工業(yè)化生產(chǎn)的競爭力。3、材料能在便宜的基體材料上原位產(chǎn)生，如金屬薄紗，多孔金屬基體或金屬箔上。4、能夠達到較高的比電容。5、良好的循環(huán)性能。6、可使用目前的電池型工藝技術制作聚合物電極的超級電容器。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供了一種超級電容器電極材料；為此，本發(fā)明還提供其制備方法和應用。
[0005]本發(fā)明提供一種超級電容器電極材料，所述電極材料是CTAB和鎳-錳氫氧化物的復合物。
[0006]本發(fā)明還提供上述超級電容器電極材料的制備方法，是將Ni (NO3)2.6Η20、MnSO4.Η20、六次甲基四胺和CTAB配制成溶液，混合均勻得到的。
[0007]優(yōu)選地，所述Ni (NO3)2 *6H20,MnS04.Η20、六次甲基四胺和CTAB的摩爾比為1-3:1-3:6-8:0.25-1.5。
[0008]當所述Ni (NO3)2.6H20、MnSO4.H20、六次甲基四胺和CTAB的摩爾比為2:2:8:
1.1時，性能最佳。
[0009]本發(fā)明的第三個目的是提供超級電容器電極的制備方法，包括以下步驟:
(1)將Ni(NO3) 2.6H20、MnSO4.H20、六次甲基四胺和CTAB配制成溶液，混合均勻；
(2)將步驟(I)所得的溶液和基體電極用水熱法進行反應，所得到的產(chǎn)物沖洗干凈，烘干后得到超級電容器電極。
[0010]優(yōu)選地，所述Ni (NO3)2 *6H20,MnS04.Η20、六次甲基四胺和CTAB的摩爾比為1-3:1-3:6-8:0.25-1.5 ;最優(yōu)比例為，摩爾比為 2:2:8:1.1。
[0011]優(yōu)選地，所述基體電極為泡沫鎳。
[0012]優(yōu)選地，所述水熱法的反應條件為:溫度120°C，反應時間為12h。
[0013]本發(fā)明的第四個目的是提供應用上述方法得到的超級電容器電極。
[0014]本發(fā)明的第五個目的是提供上述電極材料在制備超級電容器電極中的應用。
[0015]本發(fā)明運用水熱法制備了添加表面活性劑CTAB的鎳-錳氫氧化物電極材料，并且把這種材料負載到泡沫鎳上，得到了一種超級電容器電極，有效地增加了鎳-錳氫氧化物電極材料的比表面積，這對于提高其比電容具有重要作用。在不同的電流密度下進行的充放電測試表明，添加表面活性劑CTAB的鎳-錳氫氧化物電極材料具有很高的比電容，并且隨著電流密度的增加放電時間在一定程度上與之成反比減少，這說明添加表面活性劑CTAB的鎳-錳氫氧化物電極材料具有很好的倍率特性。因此，這種添加表面活性劑CTAB的鎳-錳氫氧化物電極材料材料可作為超級電容器電極材料來制備超級電容器電極。
【附圖說明】
[0016]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為本發(fā)明制備的鎳-錳氫氧化物復合材料在不同掃速下的循環(huán)伏安圖；
圖2為本發(fā)明的添加0.4g表面活性劑CTAB的鎳-錳氫氧化物電極材料的掃描電子顯微鏡圖；
圖3為本發(fā)明的添加0.4g表面活性劑CTAB的鎳-錳氫氧化物電極材料的透射電子顯微鏡圖；
圖4為本發(fā)明添加0.4g表面活性劑CTAB的鎳-錳氫氧化物電極材料修飾的泡沫鎳在3M KOH中的電化學阻抗圖； 圖5為本發(fā)明經(jīng)過未添加和添加表面活性劑CTAB的鎳-錳氫氧化物電極材料修飾的泡沫鎳的XRD圖；
圖6為本發(fā)明經(jīng)過添加0.4g表面活性劑CTAB的鎳-錳氫氧化物電極材料修飾的泡沫鎳在3M KOH中進行的充放電測試，電流密度為lA/g。
【具體實施方式】
[0017]以下的實施例便于更好地理解本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明。下述實施例中的實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。實驗過程中使用的水均為二次蒸餾水，實驗所用的試劑均為分析純。實驗均在室溫下進行。
[0018]本實驗所需的儀器和試劑:
CHI1140C電化學分析儀(上海辰華儀器公司)用于充放電電化學測試；石英管加熱式自動雙重純水蒸餾器(1810B，上海亞太技術玻璃公司)用于蒸二次蒸餾水；電子天平(北京賽多利斯儀器有限公司)用于稱量藥品；超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);甘汞電極為參比電極；鉑電極為對電極；六水和硝酸鎳；一水合硫酸錳；六次甲基四胺；表面活性劑CTAB0
[0019]實施例1
本發(fā)明的超級電容器電極材料的制備方法為:
將 2mM Ni (NO3) 2.6H20，2mM MnSO4.H2O, 1.12g 六次甲基四胺，xCTAB (x=0.0g, 0.lg，0.2g，0.3g，0.4g，0.5g)混合，配置成20ml的溶液，配成后超聲5min，使溶液能夠混合均勾，得到前驅體電極材料。
[0020]實施例2
本發(fā)明的超級電容器電極材料的制備方法為:
將 ImM Ni (NO3)2.6H20，Im