[0026]利用該反應(yīng)在室溫條件下即可制備二氧化錳和氫氧化鎳的復(fù)合納米片。此方法非常簡單，只需將商用泡沫鎳在高錳酸鉀溶液中浸泡一定時間即可得到所需的電極材料。在此反應(yīng)中，泡沫鎳同時作為集流體和還原劑，電極制備可一步完成。本發(fā)明是國內(nèi)外首次利用此反應(yīng)制備二氧化錳和氫氧化鎳的復(fù)合氧化物材料。
[0027]所述高錳酸鉀溶液濃度為0.005-0.2mol.L 優(yōu)選濃度為0.05mol.L ^所述反應(yīng)時間為12-48h，優(yōu)選反應(yīng)時間為24h。所述反應(yīng)條件為常溫中性環(huán)境。
[0028]本發(fā)明整個制備過程只需要在常溫下進(jìn)行，無需使用特殊設(shè)備，只需要盛載高錳酸鉀溶液的容器即可。由于不需要專門設(shè)備，制備面積不受設(shè)備限制，僅依賴于盛放反應(yīng)溶液的容器和泡沫鎳基底的大小，可大面積制備。將所制備的電極材料組裝液態(tài)和固態(tài)超級電容器時，由于電極材料直接生長在泡沫鎳集流體上，因此不需要添加粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，省去了復(fù)雜的電極制備工藝，方法簡單環(huán)保，可以有效降低生產(chǎn)成本，適于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0029]由于很多金屬單質(zhì)如鈷，鐵，釩，鉬，鎢，鋅等都可以還原高錳酸鉀溶液，因此本方法還可以推廣到別的金屬來制備不同的超級電容器復(fù)合電極材料。
[0030]本發(fā)明具體技術(shù)方案
[0031]本發(fā)明提供了泡沫鎳自反應(yīng)制備二氧化錳/氫氧化鎳復(fù)合納米片的方法，包括，常溫下將泡沫鎳在高錳酸鉀溶液中浸泡一定時間，利用泡沫鎳與溶液中的高錳酸鉀發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，即可在泡沫鎳上生成一層二氧化錳/氫氧化鎳復(fù)合納米片。
[0032]其中，所述的高錳酸鉀溶液濃度優(yōu)選為0.005-0.2mol.L ^
[0033]其中，所述的反應(yīng)時間優(yōu)選為12_48h。
[0034]其中，所述的反應(yīng)溫度優(yōu)選為20-30°C。
[0035]所述的一種二氧化錳/氫氧化鎳復(fù)合納米片的制備方法，優(yōu)選為，
[0036](1)剪取一定尺寸的商用泡沫鎳，分別在丙酮、去離子水中超聲清洗15min后在
0.lmol.L 1的稀鹽酸中浸泡5min，然后在去離子水中超聲清洗至中性；
[0037](2)配制0.005-0.2mol.L 1不同濃度的高錳酸鉀溶液，把洗干凈的泡沫鎳浸入溶液中，在20-30°C下浸泡不同時間12-48h后，用去離子水清洗，最后在60°C下真空干燥12h即得。
[0038]所述浸泡時間優(yōu)選為24h。
[0039]—種二氧化錳/氫氧化鎳復(fù)合納米片，通過前述的制備方法制備得到。
[0040]所述的二氧化錳/氫氧化鎳復(fù)合納米片，厚度為2_7nm，納米片組成的多孔結(jié)構(gòu)尺寸小于50nmo
[0041]—種超級電容器，所述超級電容器應(yīng)用前述的一種二氧化錳/氫氧化鎳復(fù)合納米片作為超級電容器電極材料。
[0042]前述的一種超級電容器，優(yōu)選，
[0043]所述超級電容器為液態(tài)對稱超級電容器，組裝液態(tài)對稱超級電容器的步驟包括:
[0044](1)分別配制濃度為lmol.L 1的硫酸鈉溶液，lmol.L 1的氫氧化鉀溶液和lmol.L 1氫氧化鉀與0.5mol.L 1硫酸鈉的混合溶液，
[0045](2)使用玻璃纖維濾紙作為超級電容器隔膜，剪取兩塊相同大小的電極材料，將電極材料和隔膜在電解液中浸泡5min，
[0046](3)將隔膜夾于兩塊電極材料中間即可組成液態(tài)超級電容器；
[0047]或者所述超級電容器為固態(tài)對稱超級電容器，組裝固態(tài)對稱超級電容器的步驟包括:
[0048](1)配制PVA/K0H固態(tài)電解質(zhì)，將3.4g Κ0Η和6g PVA加入60ml去離子水中，在85°C溫度下攪拌lh，
[0049](2)使用玻璃纖維濾紙作為超級電容器隔膜，剪取兩塊相同大小的電極材料，將電極材料和隔膜在電解液中浸泡5min，
[0050](3)將浸泡后的電極材料和隔膜取出，將隔膜夾于兩塊電極材料中間，然后靜置12h使其自然干燥即可得到固態(tài)超級電容器；
[0051]或者所述超級電容器為固態(tài)非對稱超級電容器，組裝固態(tài)非對稱超級電容器包括:
[0052](1)制備活性炭負(fù)極材料。將活性炭，乙炔黑和聚四氟乙烯按照8:1:1的比例混合調(diào)漿，在泡沫鎳表面涂膜，干燥后稱其質(zhì)量，
[0053](2)配制PVA/K0H固態(tài)電解液，將17g Κ0Η和30g PVA加入300mL去離子水中，在85°C溫度下攪拌lh，
[0054](3)使用玻璃纖維濾紙作為超級電容器隔膜，剪取一塊電極材料，將正負(fù)電極材料和隔膜在電解液中浸泡5min，
[0055](4)將浸泡后的電極材料和隔膜取出，將隔膜夾于正負(fù)電極材料中間，然后靜置12h使其自然干燥即可得到固態(tài)超級電容器。
[0056]本發(fā)明的有益效果
[0057](1)此方法所制備的電極材料在三電極測試體系中顯示出很好的電化學(xué)性能。在lmol.L 1氫氧化鉀+0.5mol.L 1硫酸鈉混合電解液中1.25mA cm 2的電流密度下進(jìn)行充放電測試，電極材料面積比電容和質(zhì)量比電容分別能達(dá)到4.38Fcm2和2916.7F g \基于二氧化錳/氫氧化鎳復(fù)合納米片總質(zhì)量)。
[0058](2)在雙電極體系中，電容器展現(xiàn)出理想的電容性能，液態(tài)和固態(tài)對稱超級電容器分別能達(dá)到578.5mF cm 2和269.2mF cm 2的面積比電容。
[0059](3)在雙電極體系中，液態(tài)和固態(tài)對稱超級電容器并且分別獲得了 20yWhcm 2 (功率密度為30 μ W cm 2)和9 μ Wh cm 2 (功率密度為60 μ W cm 2)的較高能量密度。
[0060](4)本方法制備的液態(tài)和固態(tài)對稱電容器在12.5mA cm 2的電流密度下進(jìn)行25000次充放電循環(huán)后比電容保持率分別為82.2%和92.3%，具備超高的電化學(xué)穩(wěn)定性，在實(shí)際應(yīng)用中有著非常重要的意義。
[0061](5)由于單個對稱電容器的電壓為0.5V，我們將4個面積為2X2cm2的固態(tài)對稱超級電容器串聯(lián)后，在2mA的電流下充電至2V，可以成功驅(qū)動一個商用紅色LED(1.8V)。
[0062](6)本方法的一個重大優(yōu)勢是制備大面積超級電容器電極材料和器件，我們利用此法制備出最大尺寸為25X 100cm2的電極材料，按照上述方法組裝4個同樣的面積為25 X 50cm2的固態(tài)對稱超級電容器，串聯(lián)之后，在50mA的電流下充電至2V，可以成功驅(qū)動由23個紅色LED排列成“HIT”字樣的陣列。
[0063](7)本方法制備的電極材料和活性炭負(fù)極材料組成非對稱固態(tài)超級電容器，并且展現(xiàn)出了優(yōu)越的性能，質(zhì)量比電容和能量密度分別達(dá)到292F g1和91.3Wh kg ^ 2個同樣的面積為10Χ 10cm2的固態(tài)非對稱超級電容器串聯(lián)之后充電至3V，可以成功驅(qū)動由165個藍(lán)色LED排列成“HITSZ”字樣的陣列。
[0064](8)與已有的制備氧化物電極材料及超級電容器的方法相比，本發(fā)明技術(shù)不需要專門設(shè)備，制備面積巨大，活性材料直接在集流體上生長，電極制備一步完成，電極材料和器件組裝工藝都大大簡化，從而成本大大降低。
[0065](9)本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)CN102709058A雖然所制備的材料類似，但CN102709058A是基于電化學(xué)沉積法制備，本發(fā)明是基于自然的溶液氧化還原反應(yīng)制備，二者技術(shù)思路完全不同，且對比文件難以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明相應(yīng)的效果，主要體現(xiàn)在如下方面:1)本發(fā)明不需要任何專用設(shè)備，省去了設(shè)備成本，而現(xiàn)有技術(shù)CN102709058A必需電化學(xué)沉積設(shè)備；2)本發(fā)明電極材料生產(chǎn)過程中沒有電能消耗，大大降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了綠色生產(chǎn)，而現(xiàn)有技術(shù)CN102709058A在電化學(xué)沉積過程中要消耗大量的電能；3)本發(fā)明在大面積沉積方面具有十分突出的優(yōu)勢，由于本發(fā)明中電極材料生產(chǎn)不需要使用任何設(shè)備，所以沉積面積不受設(shè)備限制，通過簡單擴(kuò)大反應(yīng)容器的尺寸即可自由擴(kuò)大沉積面積，而現(xiàn)有技術(shù)CN102709058A沉積面積受電化學(xué)沉積設(shè)備的限制；4)本發(fā)明所制備的材料是垂直定向生長的納米片，而現(xiàn)有技術(shù)CN102709058A所