一种以泡沫镍为基底的氧化镍/聚苯胺超级电容器电极材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种以泡沫镍为基底的氧化镍/聚苯胺超级电容器电极材料的制备方法，包括：对多孔的泡沫镍进行预处理，作为电极的集流体；用导电高分子聚苯胺作为电极中间层，在泡沫镍基底上原位生长聚苯胺纳米棒；电化学沉积氧化镍纳米片活性层，得到一种具有高比表面积、高活性的超级电容器电极材料。本发明的制备方法简单，所制备的电极材料中聚苯胺和氧化镍分布均匀，形成多孔结构，电化学性能相对于纯聚苯胺与纯氧化镍有了显著提升，比电容达到418F/g。

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料的制备领域，特别涉及一种以泡沫镍为基底的氧化镍/聚 苯胺超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

近年来，超级电容器逐渐成为下一代能源装置中最具潜力的候选储能设备，因为它具有 高功率密度、快充放电速度、长使用寿命以及高操作安全性，能够满足时代发展所需求的现 代电子设备和能源系统。根据电荷存储机理，超级电容器可以大致分为两类，即双电层电容 器和赝电容电容器，双电层电容器电极材料常常使用的是碳基材料，而赝电容点额容器常常 使用具有氧化还原反应的材料。

目前，对于赝电容超级电容器的研究主要集中在发展具有商用前景的过渡金属氧化物， 因为这些氧化物具有丰富度高、价格低廉、环境友好的特点，特别是能为氧化还原电荷有效 地转移提供多种电荷价态，因而获得更高的能量密度和高理论比电容值。

加入导电聚合物复合则可以增加比电容，采用导电聚合物的超级电容器的工作原理也是 产生准法拉第电容，此电化学反应不仅仅发生在材料的表面，主要发生在材料的三维立体结 构中，从而使导电聚合物电极能够存储高密度的电荷，产生大的准法拉第电容。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以泡沫镍为基底的氧化镍/聚苯胺超级电容器电 极材料的制备方法，本发明制备方法简单，所制备的以泡沫镍为基底的氧化镍/聚苯胺复合材 料中聚苯胺和氧化镍分布均匀，形成多孔结构，电化学性能良好，优于纯聚苯胺与纯氧化镍。

本发明的一种以泡沫镍为基底的氧化镍/聚苯胺超级电容器电极材料的制备方法，包括：

(1)在室温条件下，将质量比为1:1～10:1的苯胺单体与掺杂剂混合于去离子水中，冰水浴 条件下，搅拌，得到溶液A；引发剂溶于去离子水中，冰水浴条件下，搅拌，得到溶 液B；

(2)将溶液B滴加入溶液A中，搅拌得到混合液，然后将泡沫镍浸入混合溶液中，静置， 得到生长有聚苯胺的泡沫镍；

(3)配制NiO前躯体溶液，用循环伏安法在生长有聚苯胺的泡沫镍表面电化学沉积NiO， 得到以泡沫镍为基底的氧化镍/聚苯胺超级电容器电极材料。

所述步骤(1)中掺杂剂为丙烯酸；引发剂为过硫酸铵，溶液B中引发剂的浓度为0.1～1g/mL。

所述步骤(1)中冰水浴条件下，搅拌1-2h，得到溶液A；搅拌15-30min，得到溶液B。

所述步骤(2)中溶液A和溶液B的体积比为2-5:1；搅拌20-30s得到混合溶液。

所述步骤(2)中泡沫镍为预处理后的泡沫镍，预处理具体为：先用乙醇与去离子水交替清洗， 再用盐酸清洗、超声，然后用乙醇与去离子水再次交替清洗，真空干燥。

所述盐酸浓度为1～6mol/L，超声时间为1～8h；真空干燥温度为40-70℃，干燥时间为4-8h。

所述步骤(2)中静置时间为12-48h。

所述步骤(3)中NiO前躯体溶液为硝酸镍溶液，浓度为0.1M-1M。

所述步骤(3)中循环伏安法的具体参数为：用铂电极做对电极、Ag/AgCl电极做参比电极， 扫描速率为1～50mV/s，循环次数为10～100次。

本发明制备方法，使用多孔的泡沫镍基底作为集流体大大增加了比表面积。采用丙烯酸 作为掺杂剂、过硫酸铵作为引发剂制得的均匀致密的聚苯胺中间层，导电性好且有利于比电 容的提升。用循环伏安法电化沉积NiO作为活性层，与聚苯胺形成多孔结构，所得电极电化 学性能得到了显著提升。

本发明制备方法：(1)对多孔的泡沫镍进行预处理，作为电极的集流体；(2)用导电高 分子聚苯胺作为电极中间层，在泡沫镍基底上原位生长聚苯胺纳米棒；(3)在(2)的基础上 电化学沉积氧化镍纳米片活性层，得到一种具有高比表面积、高活性的超级电容器电极材料

有益效果

(1)本发明的制备方法简单，对生产设备要求低；

(2)所制备的氧化镍/聚苯胺复合材料电极具有大的比表面积与多孔结构，电化学性能良 好，比电容达到418F/g，优于纯聚苯胺与纯氧化镍。

附图说明

图1为实施例1合成氧化镍/聚苯胺复合材料的扫描电镜照片，其中(a)为10000倍放大的 SEM照片，(b)为20000倍放大的SEM照片；

图2为实施例1合成氧化镍/聚苯胺复合材料电极的循环伏安曲线；

图3为实施例1合成氧化镍/聚苯胺复合材料电极的充放电曲线；

图4为实施例1合成氧化镍/聚苯胺复合材料电极与纯氧化镍电极的比电容曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不 用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可 以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将泡沫镍剪裁成长4cm宽1cm的薄片，使用乙醇与去离子水交替冲洗3次，放入6mol/L 的盐酸溶液中超声2h后取出，再用乙醇与去离子水交替冲洗三次后，放入真空烘箱中在60 ℃的温度下干燥4h。

将2g聚苯胺与1.5g丙烯酸分散于150mL的去离子水中，冰水浴搅拌2h，得到A液。将 6.5g过硫酸铵溶于50mL的去离子水中，冰水浴搅拌30min，得到B液。将B液缓慢滴加到 A液中，搅拌30s得到混合液。将经过预处理的泡沫镍薄片浸入混合液中静置24h，得到原位 聚合的聚苯胺。

称取5.82g的硝酸镍溶于200mL去离子水中，配制0.1M的硝酸镍溶液作为NiO的前驱 体溶液。采用循环伏安法，以铂电极作为对电极、Ag/AgCl电极作为参比电极，设置电压范 围为0～-1.2V，扫描速率为50mV/s，经过40个循环在生长有聚苯胺的泡沫镍上电化学沉积 NiO。得到以泡沫镍为基底的氧化镍/聚苯胺超级电容器电极材料。扫面电镜观察表明：聚苯 胺与氧化镍分布均匀，形成多孔结构。循环伏安曲线表明：此复合材料电极的比电容高于纯 NiO电极的比电容。由充放电曲线计算得到：此复合材料电极的比电容在1mV/s的扫描速率 下达到418F/g。

实施例2

将泡沫镍剪裁成长4cm宽1cm的薄片，使用乙醇与去离子水交替冲洗3次，放入5mol/L 的盐酸溶液中超声3h后取出，再用乙醇与去离子水交替冲洗三次后，放入真空烘箱中在60 ℃的温度下干燥5h。

将2g聚苯胺与2g丙烯酸分散于150mL的去离子水中，冰水浴搅拌2h，得到A液。将 5g过硫酸铵溶于50mL的去离子水中，冰水浴搅拌30min，得到B液。将B液缓慢滴加到A 液中，搅拌30s得到混合液。将经过预处理的泡沫镍薄片浸入混合液中静置24h，得到原位聚 合的聚苯胺中间层。

称取8.72g的硝酸镍溶于200mL去离子水中，配制0.15M的硝酸镍溶液作为NiO的前驱 体溶液。采用循环伏安法，以铂电极作为对电极、Ag/AgCl电极作为参比电极，设置电压范 围为0～-1.2V，扫描速率为20mV/s，经过30个循环在生长有聚苯胺的泡沫镍上电化学沉积 NiO。得到以泡沫镍为基底的氧化镍/聚苯胺超级电容器电极材料。扫面电镜观察表明：聚苯 胺与氧化镍分布均匀，形成多孔结构。循环伏安曲线表明：此复合材料电极的比电容高于纯 NiO电极的比电容。由充放电曲线计算得到：此复合材料电极的比电容在1mV/s的扫描速率 下达到398F/g。

实施例3

将泡沫镍剪裁成长4cm宽1cm的薄片，使用乙醇与去离子水交替冲洗3次，放入4mol/L 的盐酸溶液中超声4h后取出，再用乙醇与去离子水交替冲洗三次后，放入真空烘箱中在60 ℃的温度下干燥6h。

将2g聚苯胺与1g丙烯酸分散于150mL的去离子水中，冰水浴搅拌2h，得到A液。将 8g过硫酸铵溶于50mL的去离子水中，冰水浴搅拌30min，得到B液。将B液缓慢滴加到A 液中，搅拌30s得到混合液。将经过预处理的泡沫镍薄片浸入混合液中静置24h，得到原位聚 合的聚苯胺中间层。

称取11.63g的硝酸镍溶于200mL去离子水中，配制0.2M的硝酸镍溶液作为NiO的前驱 体溶液。采用循环伏安法，以铂电极作为对电极、Ag/AgCl电极作为参比电极，设置电压范 围为0～-1.2V，扫描速率为10mV/s，经过20个循环在生长有聚苯胺的泡沫镍上电化学沉积 NiO。得到以泡沫镍为基底的氧化镍/聚苯胺超级电容器电极材料。扫面电镜观察表明：聚苯 胺与氧化镍分布均匀，形成多孔结构。循环伏安曲线表明：此复合材料电极的比电容高于纯 NiO电极的比电容。由充放电曲线计算得到：此复合材料电极的比电容在1mV/s的扫描速率 下达到409F/g。