/碳納米管復(fù)合電極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種NiCo2S4納米顆粒在碳納米管/泡沫鎳上電化學(xué)沉積復(fù)合的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，超級電容器因其具有高功率密度、充電短時間和循環(huán)壽命長等諸多優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。電極材料是影響超級電容器性能的關(guān)鍵因素，以RuO2等貴金屬氧化物因其贗電容原理有較大的比電容值，但昂貴的價格和毒性限制了其商業(yè)化應(yīng)用。一些廉價金屬硫化物代替貴金屬作為超級電容器電極材料成為研究熱點。NiCo2S4是一種典型的尖晶石結(jié)構(gòu)復(fù)合金屬硫化物，存在Co3+/Co2+及Ni 3+/Ni2+氧化還原電對，可以獲得較高的工作電壓窗口和比電容值，同時因其廉價無毒表現(xiàn)為極具潛力的電極材料，因此不同結(jié)構(gòu)、形態(tài)、尺寸的NiCo2S4的制備受到了眾多研究人員的關(guān)注(如Chen等，Nanoscale, 2013, 5 (19), 8879; Wan 等，Crystengcomm, 2013, 15 (38), 7649; Chen 等，ACSNano, 2014,8(9),9531; Zhang 等，Nanoscale, 2014, 6 (16), 9824; Pu 等，ACSSustain.Chem.Eng.2014,2 (4), 809; Zhu 等，J.Power.Sources.2015,273,584)。然而NiCo2S4作為電極材料運用于超級電容器的時候，往往存在一個問題一材料的電阻過大，導(dǎo)電性偏低，導(dǎo)致超級電容器在大電流密度下充循環(huán)沖放電不夠穩(wěn)定。因而，需要以一定的方式將碳材料加入到NiCo2S4電極材料中，來提高電極材料的導(dǎo)電性，以達到增強其電化學(xué)性能的目的。如Peng等用原位法制備NiCo2S4/石墨稀復(fù)合材料(ChemicalCommunicat1ns, 2013, 49 (86), 10178) ; Xiao 等在碳纖維上生長 NiCo2S4納米管(NanoLetter, 2014, 14 (2), 831) ; Wu 等一步合成了 NiCo2S4/氧化石墨復(fù)合材料(J Mater.Chem.A, 2014, 2 (48), 20990) ; Ding 等制備了 NiCo2S4/碳布復(fù)合材料(RSC Advances,2015，5(60)，48631)等。
[0003]碳納米管(CNTs)具有特殊的一維中空的納米結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。但CNTs單獨作為超級電容器電極材料比電容值過低，一般只有40F/g。將碳納米管與碳納米管組成復(fù)合電極材料，兩者可以取長補短，有望得到具有高比電容、高導(dǎo)電率、循環(huán)充放電穩(wěn)定的超級電容器電極材料。
[0004]NiCo2S4與石墨烯、氧化石墨、碳纖維、碳布等碳材料的復(fù)合運用于超級電容器領(lǐng)域已有報道，但未見到NiCo2S4與碳納米管形成復(fù)合電極材料應(yīng)用于超級電容器領(lǐng)域的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的制備方法，該方法制備得到復(fù)合電極材料NiCo2S4與碳納米管的結(jié)合力大，可以提高超級電容器電極材料的比電容和循環(huán)充放電穩(wěn)定性。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟。
[0007]—、制備碳納米管/泡沫鎳基體:首先將經(jīng)稀鹽酸、丙酮、無水乙醇超聲清洗過的泡沫鎳剪裁為l*2cm;然后按質(zhì)量分數(shù)比為碳納米管:聚四氟乙烯=95:5稱取樣品溶于無水乙醇中攪拌成漿狀后均勻涂覆在l*2cm泡沫鎳的表面，80°C真空烘干后得到碳納米管/泡沫鎳基體；其中碳納米管負載在泡沫鎳上的質(zhì)量為2~4mg/cm3。
[0008]二、配制電沉積液:將Ni (NO3)2 *6H20,Co (NO3)2.6Η20溶于蒸餾水中配制成含Ni2+/Co2+摩爾比為1:2的混合金屬溶液，再加入過量的硫代乙酰胺，攪拌均勻得到電沉積液。
[0009]三、以碳納米管/泡沫鎳基體為工作電極，鉑電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電沉積液在60~80°C水浴中利用循環(huán)伏安法進行電化學(xué)沉積，其中掃描速率為5~20mV/s,電壓范圍為-1.0~0V，掃描圈數(shù)為10~50圈，得到NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料。
[0010]本發(fā)明優(yōu)點:本發(fā)明方法本發(fā)明方法得到復(fù)合電極材料NiCo2S4與碳納米管的結(jié)合力大，作為超級電容器電極時具有較高的比電容值和良好的電化學(xué)性能穩(wěn)定性。
[0011]本發(fā)明采用X射線衍射技術(shù)(XRD)分析本發(fā)明制備的NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的物相，采用透射電子顯微鏡(TEM)表征本發(fā)明制備的NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的微觀結(jié)構(gòu)，采用電化學(xué)工作站來測試本發(fā)明制備的NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的電化學(xué)性能，可知本發(fā)明成功制備出了具有較高的比電容值和良好的電化學(xué)性能穩(wěn)定性的NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料。
【附圖說明】
[0012]圖1是實施方式一制備的NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的XRD曲線圖，證實制備的NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料含有NiCo2S4物相、碳納米管物相和泡沫鎳。
[0013]圖2是實施方式一制備的NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的TEM圖，通過圖2可知本發(fā)明制備的NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料形成了 NiCo2S4在碳納米管上的有效負載。
[0014]圖3是實施方式一制備的NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的循環(huán)伏安曲線圖，通過圖3可知本發(fā)明制備的NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料表現(xiàn)出良好的循環(huán)伏安特性和Co3VCo2+及Ni 3+/Ni2+氧化還原峰。
[0015]圖4是實施方式一制備的NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的恒流充放電曲線圖，通過圖4可知本發(fā)明制備的NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料在電流密度為lA/g、2A/g、4A/g、8A/g 下的比電容值分別為 1716.8F/g、1568F/g、1487.6F/g、1344.4F/g。
【具體實施方式】
[0016]面是結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。這些實施例僅用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0017]【具體實施方式】一:一種NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的。
[0018]—、制備碳納米管/泡沫鎳基體:首先將經(jīng)稀鹽酸、丙酮、無水乙醇超聲清洗過的泡沫鎳剪裁為l*2cm ;稱取碳納米管50mg、60wt%的聚四氟乙稀4.5mg溶于1ml無水乙醇中攪拌成漿狀后均勻涂覆在l*2cm泡沫鎳的表面，80°C真空烘干后得到碳納米管/泡沫鎳基體；其中碳納米管負載在泡沫鎳上的質(zhì)量為2mg/cm3。
[0019]二、配制電沉積液:將 Immol Ni (NO3)2.6H20 和 2mmol Co (NO3)2.6H20 溶于 10ml蒸餾水中配制成含Ni2+/Co2+摩爾比為1:2的混合金屬溶液，再加入30mmol的硫代乙酰胺，攪拌均勻得到電沉積液。
[0020]三、以步驟一制得的碳納米管/泡沫鎳基體為工作電極，鉑電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電沉積液在60°C水浴中利用循環(huán)伏安法進行電化學(xué)沉積，其中掃描速率為5mV/s，電壓范圍為-1.0~0V，掃描圈數(shù)為20圈，得到NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料。
[0021]【具體實施方式】二:一種NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的。
[0022]—、制備碳納米管/泡沫鎳基體:首先將經(jīng)稀鹽酸、丙酮、無水乙醇超聲清洗過的泡沫鎳剪裁為l*2cm ;稱取碳納米管50mg、60wt%的聚四氟乙稀4.5mg溶于1ml無水乙醇中攪拌成漿狀后均勻涂覆在l*2cm泡沫鎳的表面，80°C真空烘干后得到碳納米管/泡沫鎳基體；其中碳納米管負載在泡沫鎳上的質(zhì)量為4mg/cm3。
[0023]二、配制電沉積液:將 2mmol Ni (NO3)2.6H20 和 4mmol Co (NO3)2.6H20 溶于 100ml蒸餾水中配制成含Ni2+/Co2+摩爾比為1:2的混合金屬溶液，再加入10mmol的硫代乙酰胺，攪拌均勻得到電沉積液。
[0024]三、以步驟一制得的碳納米管/泡沫鎳基體為工作電極，鉑電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電沉積液在80°C水浴中利用循環(huán)伏安法進行電化學(xué)沉積，其中掃描速率為20mV/s，電壓范圍為-1.0~0V，掃描圈數(shù)為50圈，得到NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料。
【主權(quán)項】
1.一種NiCo 2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于，由以下步驟組成:一、制備碳納米管/泡沫鎳基體:首先將經(jīng)稀鹽酸、丙酮、無水乙醇超聲清洗過的泡沫鎳剪裁為l*2cm ;然后稱取碳納米管、60wt%的聚四氟乙烯溶于無水乙醇中攪拌均勻后涂覆在l*2cm泡沫鎳的表面，80°C真空烘干后得到碳納米管/泡沫鎳基體；二、配制電沉積液:將Ni (NO3) 2.6H20、Co (NO3) 2.6H20溶于蒸餾水中配制成含Ni2+/Co2+摩爾比為1:2的混合金屬溶液，再加入過量的硫代乙酰胺，攪拌均勻得到電沉積液；三、以碳納米管/泡沫鎳基體為工作電極，鉑電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，電沉積液在60~800C水浴中利用循環(huán)伏安法進行電化學(xué)沉積得到NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的碳納米管/泡沫鎳基體中，碳納米管與聚四氟乙烯的質(zhì)量分數(shù)比為95:5;碳納米管負載在泡沫鎳上的質(zhì)量為2~4mg/cm3。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的電沉積液中，Ni2+和Co 2+的濃度為0.01-0.lmol/L，硫代乙酰胺與混合金屬溶液中Ni2+和Co 2+的總的物質(zhì)的量的比為10-20:104.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的循環(huán)伏安電化學(xué)沉積中，掃描速率為5~20mV/s，電壓范圍為-1.0~0V，掃描圈數(shù)為10~50圈。
【專利摘要】一種NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料的制備方法，它涉及一種NiCo2S4納米顆粒在碳納米管/泡沫鎳上電化學(xué)沉積復(fù)合的制備方法。首先制備碳納米管/泡沫鎳基體：將碳納米管、60wt%的聚四氟乙烯、乙醇按一定的比例攪拌均勻后涂覆在泡沫鎳的表面，80℃真空烘干后得到碳納米管/泡沫鎳基體；然后配制電沉積液：將Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O和硫代乙酰胺按比例溶于蒸餾水中攪拌均勻得到電沉積液；最后以碳納米管/泡沫鎳基體為工作電極，鉑電極為對電極，飽和甘汞電極為參比電極，利用循環(huán)伏安法在電沉積液中電化學(xué)沉積得到NiCo2S4/碳納米管復(fù)合電極材料。本發(fā)明方法得到復(fù)合電極材料NiCo2S4與碳納米管的結(jié)合力大，作為超級電容器電極時具有較高的比電容值和良好的電化學(xué)性能穩(wěn)定性。
【IPC分類】H01G11/30, H01G11/36, H01G11/86
【公開號】CN105023769
【申請?zhí)枴緾N201510473332
【發(fā)明人】徐靖才, 王攀峰, 王新慶, 彭曉領(lǐng), 洪波, 金頂峰, 金紅曉, 李靜
【申請人】徐靖才
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年8月5日