一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料及其制備方法

本發明涉及電極制備，具體涉及一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料及其制備方法。

背景技術：

1、理想的電極材料應具有電阻率低、能量密度高、物化性質穩定等特點。過渡金屬化合物在堿性電解液中通過法拉第氧化還原反應可以提供較大容量，且其儲量豐富、價格便宜，常被用來制備電極材料。金屬鎳在過渡金屬中具有較高的理論容量，而泡沫鎳網因其在抗腐蝕、導電等方面具有良好的性能；具有三維網狀結構，空隙率高、比表面大、質量均勻，在結構具有一定的優勢；而且鎳基電容材料的理論比電容較高且價格較為便宜，因此它是較理想的電極基底材料。聚苯胺材料具有許多十分理想的性能，比如具有優秀的可加工性和柔性，具有獨特的摻雜與脫摻雜機制，具有高孔隙率，可控的分子鏈結構以及高導電性。聚苯胺作為導電高分子聚合物被廣泛應用于各領域，顯示出強大的應用前景和商業應用價值。

2、為了提高電極的容量，現有技術常將聚苯胺材料包覆在電極表面，例如有專利公開了一種聚苯胺包覆的草酸鹽自支撐電極，所述電極在導電基底上原位生長有草酸鹽，得到草酸鹽電極；然后在草酸鹽電極表面包覆聚苯胺，得到聚苯胺包覆的草酸鹽自支撐電極。雖然該專利能夠將聚苯胺包覆在電極表面，但是是包覆的效果并不好。

技術實現思路

1、本發明的目的在于至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提供一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料及其制備方法，本方法以泡沫鎳為基底及鎳源，先通過原位生長耦合堿體系氧化，將鎳網表面生長一層氧化層，然后將鎳網浸泡在一定濃度的苯胺溶液中，一段時間后，苯胺原位聚合于電極表面，構建聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極。為了了解晶體的生長過程，對制備過程中電極表面形貌的變化進行sem測試；用xrd表征其組成；通過檢測并計算出電極的面積比電容、容量保持率和庫倫效率來評估電極的電化學性能；采用正交實驗法、單一變量法來探究制備方式、苯胺聚合時間及苯胺濃度對電極的電容性能的影響，并對制備條件進行了優化。

2、本發明的技術解決方案如下：

3、本發明的第一方面提供一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1、將泡沫鎳網放入草酸溶液中反應，反應完成后取出泡沫鎳網清洗、干燥；

5、s2、將處理后的泡沫鎳網放入堿浸泡體系中反應，反應完成后取出泡沫鎳網清洗；

6、s3、將處理后的泡沫鎳網置于苯胺溶液中浸泡，反應完成后取出泡沫鎳網清洗、干燥，得到聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料。

7、優選地，還包括對所述泡沫鎳網進行前處理的步驟s0，步驟s0包括：將所述泡沫鎳網依次用1~2?mol/l的鹽酸溶液、去離子水、無水乙醇進行超聲處理10~20?min，然后將所述泡沫鎳網于55~65℃干燥1~3h。

8、優選地，步驟s1中，所述草酸溶液的濃度為4~5mmol/l，泡沫鎳網放入草酸溶液中的反應溫度為110~130℃，反應時間為6~10h。

9、優選地，步驟s2中，所述堿浸泡體系由體積比為1.5~2.5:1的氫氧化鈉溶液和過二硫酸鉀溶液混合形成，所述氫氧化鈉溶液的濃度為2.5~3.5?mol/l，所述過二硫酸鉀溶液的濃度為1.8~1.9mmol/l。

10、優選地，步驟s2中，所述氫氧化鈉溶液的濃度為2~4?mol/l，所述過二硫酸鉀溶液的濃度為1-2m?mol/l。

11、優選地，所述堿浸泡體系由體積比為2:1的氫氧化鈉溶液和過二硫酸鉀溶液混合形成，所述氫氧化鈉溶液的濃度為3?mol/l，所述過二硫酸鉀溶液的濃度為1.85mmol/l。

12、優選地，步驟s2中，泡沫鎳網放入堿浸泡體系中反應的溫度為25~35℃，反應的時間為4~8h。

13、優選地，步驟s3中，所述苯胺溶液的濃度為0.05~0.15?mol/l。

14、優選地，步驟s3中，泡沫鎳網置于苯胺溶液中浸泡的溫度為25~35℃，浸泡時間為1~8h。

15、本發明的第二方面提供一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料，采用上述方法制備得到。

16、本發明至少具有以下有益效果之一：

17、1、本發明將經過原位生長制備草酸鎳，再經過堿體系原位堿轉化形成鎳氫氧化物，最后經過苯胺的原位聚合的方法，來制備具有高容量、良好倍率性能和優異循環穩定性的超級電容器。相比現有技術中將聚苯胺材料直接生長在其他活性材料表面，本發明的“堿體系中氧化過程”對復合電極的制備起到關鍵性作用，將聚苯胺復合到鎳氫氧化物的外層，構建層級結構，可以獲得更緊密的接觸和更高的穩定性，不僅可以顯著提高電極的面積比電容，還具有優異的倍率性能。

18、2、本電極的制備方法不需要額外加入粘結劑和鎳源，節約成本的同時，提高了材料的利用率。

技術特征：

1.一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料的制備方法，其特征在于，還包括對所述泡沫鎳網進行前處理的步驟s0，步驟s0包括：將所述泡沫鎳網依次用1~2mol/l的鹽酸溶液、去離子水、無水乙醇進行超聲處理10~20?min，然后將所述泡沫鎳網于55~65℃干燥1~3h。

3.根據權利要求1所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述草酸溶液的濃度為4~5mmol/l，泡沫鎳網放入草酸溶液中的反應溫度為110~130℃，反應時間為6~10h。

4.根據權利要求1所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述堿浸泡體系由體積比為1.5~2.5:1的氫氧化鈉溶液和過二硫酸鉀溶液混合形成，所述氫氧化鈉溶液的濃度為2.5~3.5?mol/l，所述過二硫酸鉀溶液的濃度為1.8~1.9mmol/l。

5.根據權利要求4所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述氫氧化鈉溶液的濃度為2~4?mol/l，所述過二硫酸鉀溶液的濃度為1-2mmol/l。

6.根據權利要求5所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料的制備方法，其特征在于，所述堿浸泡體系由體積比為2:1的氫氧化鈉溶液和過二硫酸鉀溶液混合形成，所述氫氧化鈉溶液的濃度為3?mol/l，所述過二硫酸鉀溶液的濃度為1.85mmol/l。

7.根據權利要求1所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，泡沫鎳網放入堿浸泡體系中反應的溫度為25~35℃，反應的時間為4~8h。

8.根據權利要求1所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述苯胺溶液的濃度為0.05~0.15?mol/l。

9.根據權利要求1所述的一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，泡沫鎳網置于苯胺溶液中浸泡的溫度為25~35℃，浸泡時間為1~8h。

10.一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料，其特征在于，采用權利要求1~9任一所述的方法制備得到。

技術總結
本發明公開了一種聚苯胺/鎳氫氧化物復合電極材料及其制備方法，涉及電極制備技術領域，制備方法包括：S1、將泡沫鎳網放入草酸溶液中反應，反應完成后取出泡沫鎳網清洗、干燥；S2、將處理后的泡沫鎳網放入堿浸泡體系中反應，反應完成后取出泡沫鎳網清洗；S3、將處理后的泡沫鎳網置于苯胺溶液中浸泡，反應完成后取出泡沫鎳網清洗、干燥，即得。本發明的有益效果是相比現有技術中將聚苯胺材料直接生長在其他活性材料表面，本發明的“堿體系中氧化過程”對復合電極的制備起到關鍵性作用，將聚苯胺復合到鎳氫氧化物的外層，構建層級結構，可以獲得更緊密的接觸和更高的穩定性，不僅可以顯著提高電極的面積比電容，還具有優異的倍率性能。

技術研發人員：董瑞婷,羅濤朋
受保護的技術使用者：南昌師范學院
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21