[发明专利]基于泡沫镍的自支撑高倍率性能电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于泡沫镍的自支撑高倍率性能电极及其制备方法。所述方法首先采用电沉积的方法在泡沫镍上沉积Ni(OH)₂‑Co(OH)₂，然后采用水热法制备Na₂SeO₃溶液，最后将Ni(OH)₂‑Co(OH)₂/NF，置于Na₂SeO₃溶液中进行水热反应硒化，制备出CoSe₂/NiSe电极。本发明制备方法简单，易于实现，利用Ni(OH)₂‑Co(OH)₂衍生硒化的方法，调节CoSe₂/NiSe的形貌和含量，制得的自支撑电极具有超高倍率性能，在15mA cm^‑2的电流密度下，比电容达到17.4F cm^‑2，并且当电流密度增大到高达125mA cm^‑2时，比电容仍高达11.6F cm^‑2，比电容保留率为67％，适用于超级电容器。

技术领域

本发明属于自支撑电极技术领域，涉及一种基于泡沫镍的自支撑高倍率性能电极及其制备方法。

背景技术

超级电容器作为一种新型的电化学储能设备，具有生产成本低、生产方法简单高效、生产过程绿色环保、充放电效率高、功率密度大、循环寿命长、使用温度范围宽、充放电速度快等优点，在混合动力汽车、航空航天、移动通信和备用电源系统等领域具有广阔的应用前景。超级电容器性能很大程度上由电极决定，电极材料的组成与结构显得尤为重要。泡沫镍具有相互交联的网络结构、高的孔隙率、高比表面积、低密度、良好的导电性等优点，常被用作电极材料里面的基底材料。

过渡金属，尤其是镍和钴，因其优异的电化学性能和丰富的天然资源而被广泛用于储能电极材料的研究和开发。Ni-Co氢氧化物和硫化物近年来一直是研究热点。Zhou等利用水热原位生长的方法，合成出了六方微晶结构的Ni(OH)₂@Co(OH)₂，该材料为具有核-壳结构的空心纳米六边形，在电流密度为1A g^-1的情况下，该电极材料的比电容为369F g^-1，经过2500次循环后的比电容保留率可以保持96.4％，但电极只能在低的电流密度下表现出好的比电容，无法突破高电流密度下仍保持良好的性能(D.Zhou,et al.Ni(OH)₂@Co(OH)₂hollow nanohexagons:Controllable synthesis,facet-selected competitivegrowthandcapacitanceproperty,Nano Energy 2014,5,52-59)。He课题组先合成了片层的Ni-Co前驱体网络，在硫化的过程中通过水热阴离子交换，大量的S^2-扮演了双重角色(硫源和蚀刻剂)，负责边缘站点丰富网络的形成，S^2-锚定在Ni-Co前驱体位点上，形成了Ni₃S₂/CoNi₂S₄。电流密度为2A g^-1时下，此电极材料的比电容为2435F g^-1，当电流密度增大到20Ag^-1时，比电容的保留率还有80％，但硫化物不仅有毒性而且很容易被氧化，因此电极稳定性会比较差(W.He,et al.Ultrathin and porous Ni₃S₂/CoNi₂S₄ 3D-network structureforsuperhighenergydensityasymmetric supercapacitors,Advanced Energy Materials,2017,7,1700983)。