[发明专利]一种电化学电容器及电吸附脱盐电极材料

说明书

本发明公开了一种电化学电容器及电吸附脱盐电极材料，由纳米氧化镍和纳米碳材料复合而成，其制备步骤如下：一、配制镍盐水溶液；二、与纳米碳材料混合；三、制备纳米碳/氧化镍复合粉末；四、制备电极。本发明利用纳米氧化镍的氧化还原性获得大电容，导电性能强，高比表面积，比表面积利用率高，利用纳米氧化镍及纳米碳的协同效应，使电极具有高电容器容量和能量密度，充放电重复性能好，离子吸附力强，循环使用寿命长，制备工艺流程简单，工艺参数控制容易实现，纳米氧化镍包覆纳米碳均匀，适于工业化大规模生产；制成的氧化镍电极膨胀小，比容量高，充放电性能好，电吸附无机盐离子性能优异，使用寿命长，具有很高的实用价值。

技术领域

本发明涉及一种电化学电容器及电吸附脱盐电极材料，属于化学工程及新材料领域。

背景技术

近十年来，俄罗斯，美国和日本等发达国家针对蓄电池等化学二次电源在实际使用中所暴露出的在脉冲输出功率、低温放电特性以及使用寿命方面的缺陷，积极地开发出一种旨在弥补蓄电池上述不足的物理储能二次电源－电化学电容器。电化学电容器既具有电池的能量贮存特性，又具有电容器的功率特性，它比传统电解电容器的积能密度高上千倍，而漏电电流小数千倍，具有法拉级的超大电容量，储电能量大、时间长 ；其放电比功率较蓄电池高近十倍，能够瞬间释放数百至数千安培电流，大电流放电甚至短路也不会对其有任何影响，循环使用寿命长而不需要任何维护和保养，是一种理想的大功率二次电源。另外，在超级电容器的应用领域中，采用大比表面的复合材料，在通电的条件能够将含盐溶液如海水及苦咸水的离子进行吸附，达到脱盐的效果，当吸附饱和时，通过反接的方式使得电极上吸附的离子脱附，从而实现电极再生。这种利用电化学双层电容脱盐方式具有能耗小、装置可小型化，可广泛应用于家庭、汽车、火车和舰船等狭小空间的应用。

目前主要有三类材料适用于制备电化学电容器电极材料：碳素材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。传统氧化钌有着很大的电容量受到电化学家的青睐，但是由于价格昂贵一直不能够工业应用【Kvastek, K.; Horvat-Radoševic, V. Electrochemicalproperties of hydrous ruthenium oxide films formed and measured at differentpotentialsJournal of Electroanalytical Chemistry Volume: 511, Issue: 1-2,September 21, 2001, pp. 65 - 78】，专利 CN02217073.1 采用烧结氧化镍作为电极材料，有着有较高的功率密度和能量密度，且重量轻，成本低，寿命长等有点，但是其电阻高，造成电极能量损失大，自放电严重。专利 CN02112894.4 采用活性炭为电极材料，通过金属离子Al3+、Li+、Zn2+、Cu2+、Tl+、Pb2+ 提高电容量，但是在生产制备过程中尤其利用重金属容易造成环境污染。专利 US7,074,880 采用碳气凝胶作为电极材料，但是造成利用碳气凝胶的电化学电容器自放电非常严重，不利于工业化应用。

发明内容

为克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种纳米碳负载纳米氧化镍电化学电容器及电吸附脱盐电极材料，一方面利用纳米氧化镍的氧化还原性获得大电容，一方面利用纳米碳材料获得独特的孔径结构，导电性能强，高比表面积、比表面积利用率高，有利于获得效应和长的使用寿命，另一方面利用纳米氧化镍及纳米碳的协同效应，使得电化学电容器的电极具有高电容器容量和能量密度，充放电重复性能好，离子吸附力强，循环使用寿命长，具有很高的实用价值。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种电化学电容器及电吸附脱盐电极材料，由纳米氧化镍和纳米碳材料复合而成，其制备步骤如下：

一、配制镍盐水溶液：在浓度为 0.5～2.5 mol/l的镍盐溶液中加入浓度为 10～50 g/ l 保护剂；