[发明专利]一种超级电容器电极材料Ni掺杂CoP3

说明书

本发明是一种用于超级电容器电极材料Ni掺杂的CoP₃/泡沫镍的制备方法。并首次将CoP₃应用于超级电容器，属于超级电容器材料的合成与制备技术领域。本发明采用低温磷化的工艺制备应用于超级电容器的电极材料Ni掺杂的CoP₃/泡沫镍具有合成过程简单、易控制、成本低、比容量高的优点。该发明制备的应用于超级电容器的Ni掺杂CoP₃/泡沫镍电极材料具有分级结构和较大的比表面积，有利于缩短离子的传输路径，减小电极材料和电解液间的界面阻力，提供更多的活性位点，并且在碱性电解质中，能提供较高的比容量，在电化学储能方面显示出极大的潜力。

技术领域

本发明涉及过渡金属磷化物制备技术及其超级电容器电极材料技术领域，具体涉及Ni掺杂CoP₃/泡沫镍材料应用于超级电容器的制备方法和性能探索。

背景技术

日益严重的环境污染问题和传统化石燃料的消耗殆尽问题加速了人们对新能源的需求，促使各国科学研究者不断寻找和研发环保和可再生的新能源。超级电容器因具有功率密度高的特点而备受关注，同时，它在循环寿命、充放电速度、温度区间和安全性能等方面优势显著，具有良好的应用前景。超级电容器是一种通过物理的吸附脱附(双电层电容)或化学的法拉第反应(赝电容)积累电荷的能量储存与转换装置。其核心结构-电极材料多为碳材料、金属氧化物和导电高分子，但是他们存在理论比容量低和电导率差的问题，因此，亟需开发一种具有高理论比容量和高电导率的新型电极材料。

CoP₃作为一种典型的过渡金属磷化物，同时也是在中温段表现出优异热电性能的一种方钴矿材料，具有资源丰富、环境友好及价格低廉等特点，另外，尤其是其具有金属特性，赋予其更高的电导率和与之媲美的高理论比容量。目前，更多的研究重点在富金属和单磷相金属磷化物上，美国的《美国化学学会应用材料与界面》杂志(2016，8卷6期3892页)报道了通过热分解法制备的Co₂P纳米棒状和花状结构，在1A g^-1电流密度条件下，质量比电容分别为 284F g^-1和416F g^-1；英国的《材料化学杂志A》杂志(2018，37期17905页)报道了基于水热法和低温磷化法获得的NiCoP纳米片，在1A g^-1电流密度条件下，质量比电容为1206Fg^-1。由于合成手段无法提供充足的活性位点和解决电荷传递阻力问题，上述工作中的Co₂P和 NiCoP表现出了较低的超级电容器性能，阻碍了他们进一步的应用价值。基于此，高比容量和高电导率的掺杂的富磷相磷化物材料的研究还未报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成过程简单、易控制、成本低、比容量高的超级电容器电极材料的制备方法，并首次将其应用于超级电容器。本方法制备的应用于超级电容器的Ni掺杂 CoP₃/泡沫镍，/表示Ni掺杂CoP₃通过化学方法原位生长在泡沫镍上，电极材料具有分级结构和较大的比表面积，有利于缩短离子的传输路径，减小电极材料和电解液间的界面阻力，提供更多的活性位点，并且在碱性电解质中，能提供较高的比容量，在电化学储能方面显示出极大的潜力。

本发明的技术方案是通过如下方式实现的：一种超级电容器电极材料Ni掺杂CoP₃/泡沫镍的制备方法，采用过渡金属盐氯化钴、乙酸镍和有机配体2-甲基咪唑为反应原料，分别采用无水乙醇和去离子水作为溶剂，次磷酸钠为磷源，泡沫镍为导电基底，通过低温磷化的方法制备Ni掺杂CoP₃/泡沫镍。其特征在于通过调节Ni替换部分Co的量来优化电极材料的活性位点、导电率和比表面积。

一种超级电容器电极材料，该材料为Ni掺杂CoP₃/泡沫镍，/表示Ni掺杂CoP₃通过化学方法原位生长在泡沫镍上。

一种超级电容器电极材料Ni掺杂CoP₃/泡沫镍的制备方法，该方法包括以下步骤：