溶剂热与煅烧结合制备纳米钼酸镍电极材料，超级电容器储能性能优异

溶剂热与煅烧结合制备纳米钼酸镍电极材料，超级电容器储能性能优异

本发明属于材料制备及储能技术领域，具体涉及一种溶剂热与煅烧相结合的方法制备纳米钼酸镍电极材料，该材料具有较为优异的电化学储能性能以及极其优异的循环性能。

背景技术：

超级电容器又称电化学电容器，是20世纪80年代发展起来的一种介于传统电容器与电池之间的新型储能装置，与电池相比，这种装置具有优异的充放电性能，相对超级电容器储能性能好，且具有功率密度高、循环寿命长、充电速度快、无污染等特点，基于此，超级电容器受到了世界各地研究者的青睐。

目前在超级电容器领域，MNO2是最成功的商业化材料，但其相对较低的比容量和较差的循环性能制约了该材料的发展。镍基材料由于具有较高的理论比电容而受到广泛关注。与单一的镍氧化物材料相比，二元镍基氧化物具有优于单一氧化物材料的性能。二元金属氧化物由于资源丰富、环境友好、氧化态多、导电性好等特点，越来越受到人们的关注。

目前人们已制备出各种形貌的纳米材料。例如，中国专利申请号2.3合成了多层花瓣状钼酸镍；中国专利申请号2.0合成了钼酸镍纳米棒；中国专利申请号2.6合成了钼酸镍纳米管/纳米线共存结构；中国专利申请号2.8合成了具有中空纳米花结构的钼酸镍；而本发明与上述专利不同，发明人采用水热法与煅烧法相结合，合成了具有堆叠薄片状的球形钼酸镍。

同时，目前生产的钼酸镍的循环性能相对较差，如申请号为2.3的中国专利，经过500次循环后，比容量保持率为85％；申请号为2.4的中国专利制备的单体，经过500次循环后，比容量保持率约为87％；而本发明在经过600次循环后，比容量达到初始比容量的115％，说明本发明合成的纳米电极材料具有极其优异的电化学循环性能。

综合上述描述及实施例，可以得出钼酸镍作为电极材料具有一定的研究价值及应用前景，鉴于其循环性能相对较低，本发明可以较好地解决这一问题，且本发明合成相对简单、易生产，所得形貌新颖，具有较为优异的电化学性能。

技术实现要素：

本发明是一种高循环性能的球形纳米钼酸镍电极材料的制备方法，探索了该电极材料的电化学储能性能，该方法的制备过程相对简单，重复性好，易于大批量合成，适合大规模生产。本发明制备的纳米材料在电流密度为0.5a/g时具有549f/g的高比电容，600次循环后的比电容高达初始比电容的115％。

一种高循环性能球形钼酸镍纳米电极材料的制备方法，其步骤如下：

首先称取1.5mmol六水硫酸镍和1.5mmol二水钼酸钠，溶解于装有18ml蒸馏水和18ml乙二醇混合溶剂的小烧杯中，在磁力搅拌器下溶解均匀。除去磁铁，将混合溶液转移至带有聚四氟乙烯内衬的50ml不锈钢高压釜中。密封高压釜并置于160℃的烘箱中，12小时后取出，自然冷却至室温，离心5分钟，得到沉淀，然后用蒸馏水和乙醇交替洗涤三次。将沉淀放入60℃的烘箱中12小时烘干，然后取出放入500℃的烘箱中煅烧4小时，将最终产品放入炉中煅烧。

反应物镍源为六水硫酸镍；

反应物钼源为钼酸钠二水合物；

反应溶剂为实验室自制的蒸馏水、购自国药集团的乙二醇；

反应容器为带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应器。

纳米镍钼酸电极材料的电化学实验测量方法有循环伏安法（cv）、恒电流充放电法（gcd）等。

选择汞-氧化汞电极作为参比电极，铂丝电极作为对电极，活性物质涂覆在泡沫镍上作为工作电极，电解液为6 mol/l KOH，在电化学工作站进行测试。

电化学工作站为辰华电化学工作站（chi-660d）；

本发明的有益效果是：本发明采用溶剂热与煅烧相结合的方法，制备出一种具有高循环性能的球形纳米钼酸镍电极材料，其多孔结构可以增加反应位点，提高其比表面积，对提高其比电容值非常有帮助。本发明制备出一种纳米钼酸镍电极材料，在电流密度为0.5a/g时，该材料的比电容值为549f/g，经过600次循环后，保留率高达初始比容量的115％。该纳米材料表现出较高的比容量值和极强的循环稳定性，各项性能均能满足超级电容器电极材料的要求。

附图说明：

图1为所得样品的X射线粉末衍射图(XRD)；

图2为所得样品的拉曼光谱（raman）；

图3为所得样品的扫描电子显微镜图像（SEM）；

图4为所得样品的透射电子显微镜（TEM）图像；

图5为所得样品在不同扫描速率下的循环伏安图(cv)。

图6为所得样品在不同电流密度下的恒电流充放电图（gcd）；

图7为所得样品在不同电流密度下比电容趋势图；

图8为所得样品在电流密度（5a/g）下经过600次循环后的比电容保持率曲线图。

具体方式：

下面结合实施例对本发明进行具体描述：

实施例1：高循环性能球形纳米钼酸镍电极材料的制备：

首先称取1.5mmol六水硫酸镍和1.5mmol二水钼酸钠，溶解于装有18ml蒸馏水和18ml乙二醇混合溶剂的小烧杯中，在磁力搅拌下溶解均匀。除去磁铁，将混合溶液转移至带有聚四氟乙烯内衬的50ml不锈钢高压釜中。密封高压釜，置于160℃的烘箱中，12小时后取出，自然冷却至室温，离心5分钟，得到沉淀，然后用蒸馏水和乙醇交替洗涤三次。将沉淀放入60℃的烘箱中烘干12小时，然后取出放入500℃的烘箱中，在马弗炉中煅烧4小时，最终得到产品。

FIG1为实施例1中纳米钼酸镍电极材料的XRD图，从图中可以看出，此材料与PDF卡片号为12-0348的钼酸镍相匹配，表明本发明成功合成了钼酸镍材料。

FIG2为实施例1中纳米钼酸镍电极材料的拉曼图，从图中可以看出，在907cm-1，870cm-1，318cm-1处有明显的钼酸镍特征峰，进一步表明所得产物为钼酸镍电极材料。

图3为实施例1中纳米钼酸镍电极材料的SEM照片，图4为实施例1中纳米钼酸镍电极材料的TEM照片。由图3和图4可以看出，制备的纳米钼酸镍电极材料钼酸镍为片状堆叠排列的球形结构，片状厚度约为20nm。

例2：高循环性能球形纳米钼酸镍电极材料电化学测量实验：

所制备纳米材料的电化学实验测量方法包括循环伏安法（CV）、恒电流充放电法（GCD）等。

具体步骤：

选取汞-氧化汞电极为参比电极，铂丝电极为对​​电极，泡沫镍表面涂覆活性物质为工作电极，电解液为6mol/lkoh，测量在辰华chi-660d电化学工作站上进行。

图5为实施例2制备的材料在不同扫描速率下的CV曲线，从图中可以看出制备的材料有一对非常明显的氧化还原峰，说明该电极材料发生了氧化还原反应，呈现出明显的赝电容特性。

FIG6为实施例2制备的材料在不同电流密度下的恒流充放电曲线图，FIG7为实施例2制备的材料在不同电流密度下的比容量趋势图。在0.5、1、2、4、10a/g下的比电容值分别为549f/g、510f/g、456f/g、398f/g、326f/g。纳米镍钼酸盐电极材料表现出较为优异的电化学性能。

图8为实施例2制备的电极材料在电流密度为5a/g时，经过600次循环时的比电容保持率图，由图8可以看出，制备了一种高循环性能的球形纳米钼镍酸电极材料，当扫描电流密度为5a/g时，经过600次循环后，比电容保持率高达其初始比电容的115％，表现出极强的循环稳定性。

技术特点：

技术摘要

本发明公开了一种高循环性能的球形纳米钼酸镍电极材料的制备方法，属于材料制备及储能技术领域。本发明采用溶剂热法，以水和乙二醇为溶剂，以一定摩尔比的钼为原料，制备出球形纳米钼酸镍电极材料，本发明制备的纳米材料具有优异的电化学循环性能，经过600次循环后比电容达到初始值的115％。该纳米材料的制备具有成本低、合成容易、反应无污染等优点，具有很好的实际应用前景。

技术研发人员：宋吉明； 张国锋; 牛鹤林; 毛长杰; 陈景帅

受保护技术用户：安徽大学

技术开发日：2018.05.15

技术发布日期：2019.01.04