[发明专利]一种NiO/H-TiO2纳米管复合电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于TiO₂纳米管电化学改性及其复合电极制备的方法，具体为阳极氧化法、电化学还原法以及差分脉冲法相结合制备TiO₂纳米管阵列，再进行改性、沉积电极材料从而制备高性能复合电极。其技术方案是：首先在两电极体系中以纯钛为基底，利用一次阳极氧化法制备出结构有序、形貌可控、管长及厚度可控的二氧化钛纳米管阵列；其次在两电极体系中，反向加电压处理进行电化学掺氢；最后将制备的H‑TiO₂纳米管在三电极体系中通过差分脉冲伏安法进行电化学沉积氧化镍纳米颗粒。本方法制备的NiO/H‑TiO₂复合电极纳米颗粒分布均匀，粒径可控，导电性强，具有更高的比电容和能量密度，能更好应用于电化学储能领域和太阳能电池领域。

技术领域

本发明属于能量存储技术领域，具体为一种NiO/H-TiO₂纳米管复合电极的制备方法，该方法采用阳极氧化法、电化学还原法以及差分脉冲法相结合的方法制备NiO/H-TiO₂纳米管复合电极，通过该方法制备的NiO/H-TiO₂纳米管复合电极具有较好的导电性及超高的能量密度，为提高储能器件性能提供了新的思路。

背景技术

近年来，由于超级电容器功率密度大、充放电速度快、周期寿命长、循环稳定性强、清洁无污染等优势在电子产品、太阳能电池、分布式储能和新能源汽车领域得到人们的普遍关注。超级电容器按反应机理可以分为双电层电容器和赝电容电容器。双电层电容器具有充放电速度快、寿命长等优势，但是双电层电容器的能量密度较低且导电性较差，限制其应用领域。赝电容电容器氧化还原反应发生在活性电极表面，具有高比电容和高能量密度，其比电容是双电层电容的4-10倍。迄今为止，在各种赝电容电极材料中水合氧化钌是最有前途的电极材料，然而氧化钌的高成本限制了其在超级电容器中的应用。

由于TiO₂纳米管具有成本较低的制备工艺、大的比表面积、良好的电子传输路径，在超级电容器领域有潜在的应用价值。但由于原始TiO₂纳米管的半导体属性，导电性很差，呈现出较低的双电层电容，不能直接作为电极材料。大量实验证明对TiO₂纳米管进行掺杂是一种有效的改性手段。目前，最为经济且简单有效的TiO₂纳米管掺杂方法是电化学还原方法。然而，单纯的通过电化学还原方法对TiO₂纳米管进行自掺杂，在一定程度上对其电容性能有所提高,但远未达到使用需求。因此，具有较高导电性的TiO₂纳米管更适合作为超级电容器的骨架结构沉积电容性能较好的赝电容电极材料，从而大幅度提高电容器性能，更好地应用于电化学储能领域和太阳能电池领域。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种电化学掺杂TiO₂纳米管作为骨架材料沉积赝电容电极材料NiO形成复合电极的方法。该方法制备的TiO₂纳米管复合电极具有高比容、高电导率和高能量密度，可制备具有超级电容器能量密度量级的电介质电容器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种NiO/H-TiO₂纳米管复合电极的制备方法，采用多种电化学工艺对TiO₂电极进行改性，其步骤如下：

1)在两电极体系中，制备出三维形貌可控的TiO₂纳米管，并清洗、干燥和煅烧；2)在两电极体系中，对TiO₂纳米管电极加反向电压处理引入氢掺杂，制得H-TiO₂纳米管；

3)对制得的H-TiO₂纳米管电极在三电极体系中进行电化学沉积镍的氢氧化物，经煅烧，得到NiO/H-TiO₂纳米管电极。