[发明专利]一种多孔纳米氧化铜复合材料及其制备方法、超级电容器电极及超级电容器

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种多孔纳米氧化铜复合材料及其制备方法、超级电容器电极及超级电容器。

背景技术

随着超级电容器在移动通讯、信息技术、航空航天和国防科技等领域的不断应用以及其独特的大容量、大电流快速充放电和高的循环使用寿命等特点,受到世人的广泛青睐,致使许多新型的超级电容器电极材料相继被发现和应用。目前，常用的超级电容器电极材料包括：碳材料类电极材料、导电聚合物类电极材料，金属氧化物电极材料等。由于各种单电极材料都有各自的缺点，如导电性差，容量小，超级电容器电极制备困难等而很难达到更高的应用要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种多孔纳米氧化铜复合材料及其制备方法、超级电容器电极及超级电容器，本发明使用水热法直接使多孔纳米氧化铜材料生长在铜基底上，得到一种多孔纳米氧化铜复合材料，可直接用于构建超级电容器电极，将金属铜基底的良好导电能力与氧化铜纳米材料的超高电容型相结合，实现超级电容器比容量的提高，循环寿命的延长。

本发明采用的技术方案是：

一种多孔纳米氧化铜复合材料，由在铜基底上生长的多孔纳米氧化铜构成，多孔纳米氧化铜呈三维网络状平铺在铜基底上。

一种多孔纳米氧化铜复合材料的制备方法，步骤包括：

a、将基材铜清洗干净；清洗方法为将基材铜依次放入丙酮、乙醇、稀盐酸、水中，进行超声波清洗；超声清洗时间分别为10-15min，所述稀盐酸浓度≥2mol/L；

b、将高锰酸钾溶液加入反应釜中，然后将基材铜浸入高锰酸钾溶液中，密闭反应釜，在50-150℃下反应2-8h，冷却至室温，取出反应后的基材铜并将其清洗干净，室温干燥，即制得多孔纳米氧化铜复合材料；所述高锰酸钾溶液浓度为0.001-0.01mol/L；所述清洗使用水及无水乙醇清洗。

一种超级电容器电极，使用多孔纳米氧化铜复合材料制备。

一种超级电容，使用包括多孔纳米氧化铜复合材料的电极制备。

本发明多孔纳米氧化铜复合材料基于基材铜在高锰酸钾强氧化性环境下，采用水做反应溶剂，高压加热，使得在铜片表面生成三维网络状的多孔纳米氧化铜而进行制备。

本发明制备方法与现有技术相比，具有重现性高，操作简便，耗能低，合成成本低，产物纯度高、分散性好、晶形好且可控制，适合于工业上大规模制备；所制备出的多孔氧化铜纳米复合材料拥有较大的比表面积，容量大，衰减小，作为超级电容器电极可使电容器拥有高的功率密度、长的充放电循环寿命、短的充放电时间、特殊的功率密度和适度的能量密度、长的贮存寿命、宽的工作范围。

附图说明

图1为实施例1制备的多孔纳米氧化铜复合材料的X-射线衍射（XRD）图。

图2为实施例1制备的多孔纳米氧化铜复合材料的扫描电子显微镜照片（SEM）。

图3为实施例1制备的多孔纳米氧化铜复合材料作为超级电容器电极在碱性溶液中进行电化学检测的循环伏安图（CV）。

图中：

1为电极在0.1M的氢氧化钠溶液中扫速为5mV s^-1的循环伏安曲线。

2为电极在0.1M的氢氧化钠溶液中扫速为10mV s^-1的循环伏安曲线。

3为电极在0.1M的氢氧化钠溶液中扫速为20mV s^-1的循环伏安曲线。

4为电极在0.1M的氢氧化钠溶液中扫速为50mV s^-1的循环伏安曲线。

5为电极在0.1M的氢氧化钠溶液中扫速为100mV s^-1的循环伏安曲线。

图4为实施例1制备的多孔氧化铜纳米复合材料作为超级电容器电极在碱性溶液种进行电化学检测的充放电图。

图中：

1为电极在0.1M的氢氧化钠溶液中1A g^-1的充放电曲线。

2为电极在0.1M的氢氧化钠溶液中2A g^-1的充放电曲线。

3为电极在0.1M的氢氧化钠溶液中5A g^-1的充放电曲线。

4为电极在0.1M的氢氧化钠溶液中10A g^-1的充放电曲线。

5为电极在0.1M的氢氧化钠溶液中20A g^-1的充放电曲线。

图5为实施例2制备的多孔纳米氧化铜复合材料的扫描电子显微镜照片（SEM）。