[发明专利]一种双电位区间活化提高Co(OH)2

说明书

本发明公开了双电位区间活化提高Co(OH)₂超级电容器性能的方法，以泡沫镍为基底，硝酸钴为镍源，尿素为成核剂，采用水热法，得到Co(OH)₂前驱体纳米线阵列；取不同电位区间对前驱体进行循环伏安处理，得到活化后的Co(OH)₂电极。采用循环伏安方法，在正电位区间活化Co(OH)₂前驱体后，纳米线表面形成大量纳米片，具有更多的电化学活性位点，有利于电解液浸润和电解液离子传输，在10 mA cm^‑2电流密度下充放电，比电容提升为1.78 F cm^‑2；在负电位区间活化后，部分Co²⁺被还原为Co单质，样品内阻降低为1.28Ω，使比电容提升为2.12 F cm^‑2，是仅在正电位区间活化样品的1.2倍，是未经活化的样品的3.8倍。

技术领域

本发明超级电容器领域，具体涉及一种提高Co(OH)₂超级电容器容量的方法。

背景技术

Co(OH)₂作为一种典型的赝电容电极材料，具有理论容量高、制备方法简单、形貌容易调控等优点，在超级电容器电极材料中备受关注。然而，受微观结构和导电性的限制，Co (OH)₂的实际容量一般远低于其理论容量。大量研究表明，调控材料微观结构增加活性位点、提高材料导电性，是获得高容量电极材料的有效途径。目前，对电极材料微观结构的调控主要通过制备各种纳米结构来实现，例如纳米片、纳米棒、纳米线、纳米花等。尽管纳米结构相比于块体结构能显著增加材料的活性位点，但电化学反应通常是在原子尺度进行，对于表面光滑的纳米片、纳米棒等纳米结构，电化学活性位点还有很大的提升空间。另一方面，在提升材料导电性方面，目前主要通过碳包覆、硫化、磷化等方式来实现。其中，碳包覆通常需要较高的温度，对于一些不能高温处理（如氢氧化物）的材料并不适用，并且通常仅对材料的外表面进行修饰；而磷化、硫化需要采用不同的磷化剂、硫化剂等对样品进行处理，不仅增加额外工艺步骤、耗时较长，磷化过程和硫化过程还会产生大量副产物，腐蚀设备、甚至产生有毒的副产物。

发明内容

本发明的目的是针对Co(OH)₂电极材料实际比容量低，以及现有技术的不足，提出一种简单的双电位区间循环伏安法对Co (OH)₂进行处理，实现微观结构（在Co(OH)₂表面构造二次纳米片，增加活性位点）和导电性（将部分Co²⁺还原成Co单质，构造内部高导电通道）的双重优化，从而显著提升Co(OH)₂的比容量。

本发明提供一种双电位区间活化提高Co(OH)₂超级电容器性能的方法，以KOH溶液为电解液，采用三电极体系中的循环伏安技术，先后在正电位区间（0~0.7V）和负电位区间（-1.2~0V）对Co(OH)₂前驱体进行活化，正电位区间主要是对纳米线阵列的微观结构进行活化，活化后纳米线表面产生大量纳米片，能为电化学反应提供更多的活性位点；负电位区间（-1.2~0V）则是对样品的导电性进行活化，活化后，部分Co²⁺被还原为Co单质，样品内阻显著降低，有利于电化学过程中电子传输。这种双电位区间活化的方法使Co(OH)₂作为超级电容器电极的容量提升了3.8倍。本方法具有简单易操作、无污染、性能优异等特点，适合各种Co基化合物电极材料性能的优化。

本发明的技术方案：以泡沫镍为基底，采用水热法制备Co(OH)₂纳米线阵列，随后对Co(OH)₂纳米线阵列进行双电位区间循环伏安处理。

本发明的技术方法包括以下步骤：