[发明专利]一种应用于超级电容器的Ni(OH)2

说明书

本发明属于超级电容器技术领域，具体公开了一种应用于超级电容器的Ni(OH)₂/CuO@Cu₇S₄复合电极材料及其制备方法。本发明首次将CuO@Cu₇S₄作为载体，让Ni(OH)₂纳米片在CuO@Cu₇S₄纳米棒上生长，由此得到Ni(OH)₂/CuO@Cu₇S₄复合电极材料。本发明的Ni(OH)₂/CuO@Cu₇S₄复合电极材料兼具Ni(OH)₂的大比电容和功率高以及CuO@Cu₇S₄较好的电导率，Ni(OH)₂/CuO@Cu₇S₄‑20复合电极材料在1 A·g^‑1电流密度下的比电容为1524.3F·g^‑1，组装成的Ni(OH)₂/CuO@Cu₇S₄‑20∥AC不对称性超级电容器在0.5 A·g^‑1电流密度下的比电容为140.97 F·g^‑1，在8 A·g^‑1电流密度下2000次循环后仍保持初始电容的99.6%。本发明的方法制备工艺简便，成本低，并且适用于广泛应用。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体地，涉及一种应用于超级电容器的Ni(OH)₂/CuO@Cu₇S₄复合电极材料及其制备方法。

背景技术

可再生能源是一种清洁、生态友好的重要能源，因为化石燃料的不可再生性以及严重的污染影响了21世纪的环境。运输、工业和农业等许多领域主要依赖于易腐烂的能源，例如煤炭、石油和天然气。过度使用这些能源会释放有害的温室气体，并导致全球变暖。目前，新的可持续清洁能源和高性能的能量存储/转换系统已成为迫切需要，并引起了广泛的关注，例如，水分解，锂离子电池，超级电容器，太阳能电池和燃料电池，所有储能设备中，超级电容器因其优异的电化学性能（如增强的充放电速率，更大的功率密度和更长的使用寿命）而倍受关注。

超级电容器可分为伪电容器和双电层电容器（EDLC），这是超级电容器的两种主要类型。伪电容器通过可逆的氧化还原反应将电荷存储在电极材料的表面，而双电层电容器则根据在电极/电解质界面的简单物理吸附来存储电荷。EDLC和伪电容器的存储容量取决于许多因素，例如电解质类型，电极表面形态，比表面积和纳米结构。EDLC通常由具有高比表面积的碳材料制成，而伪电容器则使用过渡金属氧化物/硫化物/氢氧化物和导电聚合物。伪电容器比EDLC具有更高的能量密度和比电容，这是伪电容器之所以被广泛研究的重要原因。

Ni(OH)₂是典型的赝电容电极材料，具有成本低，来源丰富，对环境友好，功率高及比电容大等优点，被研究者广泛研究，但是在实际应用于超级电容器领域中，由于Ni(OH)₂电极材料导电性差（导电率约为10-15/(Ωm)）致使其不能得到广泛的应用。为了克服Ni(OH)₂电极材料导电性差的缺陷，寄希望引入导电性较强的材料，由此来改善Ni(OH)₂电极材料的电化学性能。在现有的技术中，较多的是采用引入碳材料对Ni(OH)₂进行性能改善，常用的碳材料有石墨烯，碳纳米管以及碳球等，这是由于碳材料具有比表面积大，导电性好等特性。碳材料的引入，Ni(OH)₂本身导电性差的缺陷可以加以改善；同时，可以抑制Ni(OH)₂自身团聚的行为，一般碳材料的引入，复合材料的比表面积相对于纯Ni(OH)₂电极材料会有数倍的提升，较大的比表面积意味着电解质溶液与电极材料拥有更大的暴露面积，使活性位点增多，对其电化学性能有着较大提升。但是，所用碳材料，例如石墨烯，碳纳米管，价格是十分昂贵的；而碳球制备工艺比较复杂，且需要使用强酸进行蚀刻，不利于广泛的应用。