本發(fā)明屬于超級(jí)電容器電極材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳/聚苯胺超級(jí)電容器電極材料的制備方法。

背景技術(shù)：

超級(jí)電容器是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新概念能量儲(chǔ)存器件。由于具有充放電效率高、功率密度大、循環(huán)壽命長、溫度特性好、環(huán)境友好等特點(diǎn)，使其在交通、移動(dòng)通信、信息技術(shù)、航空航天和國防科技等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，超級(jí)電容器主要存在的不足是能量密度較低，而電極材料是解決這一難題的關(guān)鍵。其中，NiWO₄具有優(yōu)異的電化學(xué)性能也逐漸應(yīng)用于開發(fā)高比電容、高能量密度、高充放電功率密度的超級(jí)電容器的工作中。

在研究中不難發(fā)現(xiàn)單一的電極材料往往有較高的功率密度而電容量和能量密度比較低。加入導(dǎo)電聚合物復(fù)合則可以增加比電容和能量密度。此外，鎢酸鹽和導(dǎo)電聚合物的復(fù)合電極材料還沒報(bào)道過。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳/聚苯胺超級(jí)電容器電極材料的制備方法。本發(fā)明制備的鎢酸鎳/聚苯胺的電化學(xué)性能較好并且優(yōu)于純的鎢酸鎳。

一種以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳/聚苯胺超級(jí)電容器電極材料的制備方法，具體包括如下步驟：

（1）在室溫下，按比例將硝酸鎳，鎢酸鈉和尿素溶解于一定去離子水中得到前驅(qū)體溶液；

（2）超聲半小時(shí)后將前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)入到水熱反應(yīng)釜中，并加入一片經(jīng)過預(yù)處理泡沫鎳，密封后置于烘箱中進(jìn)行水熱反應(yīng)，然后自然冷卻至室溫，取出泡沫鎳，用去離子水和無水乙醇交替洗滌數(shù)次，真空干燥，得到生長有鎢酸鎳的泡沫鎳；

（3）配制硫酸和苯胺的混合溶液，用循環(huán)伏安法在生長有鎢酸鎳的泡沫鎳表面電化學(xué)沉積聚苯胺，得到以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳/聚苯胺超級(jí)電容器的電極材料。

步驟(1)中，所述前驅(qū)體溶液中, 硝酸鎳，鎢酸鈉、尿素物質(zhì)的量比為：1：1：5。

步驟(2)中，泡沫鎳的預(yù)處理方法是：分別用丙酮，1mol/L鹽酸，無水乙醇，去離子水超聲洗滌20分鐘，真空干燥。

步驟(2)中，泡沫鎳的尺寸為1×3cm。

步驟(2)中，前驅(qū)體溶液在反應(yīng)釜內(nèi)膽中的填充量為60-80%；所述水熱反應(yīng)溫度是140-180℃，時(shí)間為6-12h；所述真空干燥的溫度為80℃，時(shí)間為8h。

步驟(3)中，所述硫酸和苯胺的混合溶液中，硫酸的濃度為1mol/L，苯胺的濃度為0.1mol/L。

步驟(3)中，所述循環(huán)伏安法的具體參數(shù)為：用鉑電極做對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，含鎢酸鎳的泡沫鎳做工作電極，電勢(shì)窗-0.5-0.5V，掃描速率10-80mV/s，循環(huán)次數(shù)為50-100次。

本發(fā)明采用水熱合成技術(shù)，以導(dǎo)電性好且具有疏松多孔的獨(dú)特結(jié)構(gòu)的泡沫鎳作為基底直接生長鎢酸鎳納米材料并作為電極，這樣既避免繁瑣制作電極片的過程，還可有效提高活性物質(zhì)利用率,增大活性表面,提高材料的擴(kuò)散傳質(zhì)性能。另外用循環(huán)伏安法電沉積聚苯胺到鎢酸鎳表面得到鎢酸鎳/聚苯胺復(fù)合材料，增加材料的表面積，提高電子傳輸速率，因此所得電極電化學(xué)性能得到了顯著提升。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明制備方法簡單，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求低，成本低廉；

（2）制得的復(fù)合電極具有良好的柔性，另外直接用疏松多孔的泡沫鎳為基底以及集流體有利于節(jié)約傳統(tǒng)電極中所使用的導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑材料，還有利于活性材料與電解液充分接觸使得材料具有更好的電化學(xué)性能；

（3）循環(huán)伏安法電沉積得到鎢酸鎳/聚苯胺復(fù)合材料電極具有較大的表面積和良好的結(jié)構(gòu)，兩者之間的協(xié)同作用進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的電化學(xué)性能。

附圖說明

圖1（a），（b）分別為實(shí)例3中以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳和鎢酸鎳/聚苯胺的低倍率掃描電鏡圖；

圖2（a），（b）為實(shí)例3中以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳在不同倍率下的掃描電鏡圖；

圖3（a），（b）為實(shí)例3中以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳/聚苯胺在不同倍率下的掃描電鏡圖；

圖4為實(shí)例3中以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳在不同掃描速率下的循環(huán)伏安曲線圖；

圖5為實(shí)例3中以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳/聚苯胺在不同掃描速率下的循環(huán)伏安曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

實(shí)施例1

將泡沫鎳裁剪成長3cm寬1cm的薄片，分別用丙酮，1mol/L鹽酸，無水乙醇，去離子水超聲洗滌20分鐘，然后放入真空干燥箱中80℃干燥6h。

將1mmol鎢酸鈉，1mmol硝酸鎳和5mmol尿素溶解于60mL去離子水中，超聲半小時(shí)后轉(zhuǎn)入到水熱反應(yīng)釜中并加入一片已處理過的泡沫鎳，密封后放入烘箱中140℃水熱反應(yīng)6h，待自然冷卻后，取出泡沫鎳用去離子水和無水乙醇交替洗滌三次，最后在80℃真空干燥8h。

配制0.1mol/L苯胺和1mol/L硫酸的混合溶液作為聚苯胺的前驅(qū)體溶液。以鉑片為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，上一步得到的泡沫鎳為工作電極，采用循環(huán)伏安法在電勢(shì)窗為-0.5-0.5V，掃描速率為10mV/s的條件下經(jīng)過50個(gè)循環(huán)在生長有鎢酸鎳的泡沫鎳上電沉積聚苯胺，用去離子水和無水乙醇交替洗滌三次，60℃真空干燥后得到以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳/聚苯胺超級(jí)電容器電極材料。

實(shí)施例2

將泡沫鎳裁剪成長3cm寬1cm的薄片，分別用丙酮，1mol/L鹽酸，無水乙醇，去離子水超聲洗滌20分鐘，然后放入真空干燥箱中80℃干燥6h。

將2mmol鎢酸鈉，2mmol硝酸鎳和10mmol尿素溶解于60mL去離子水中，超聲半小時(shí)后轉(zhuǎn)入到水熱反應(yīng)釜中并加入一片已處理過的泡沫鎳，密封后放入烘箱中160℃水熱反應(yīng)8h，待自然冷卻后，取出泡沫鎳用去離子水和無水乙醇交替洗滌三次，最后在80℃真空干燥8h。

配制0.1mol/L苯胺和1mol/L硫酸的混合溶液作為聚苯胺的前驅(qū)體溶液。以鉑片為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，上一步得到的泡沫鎳為工作電極，采用循環(huán)伏安法在電勢(shì)窗為-0.5-0.5V，掃描速率為30mV/s的條件下經(jīng)過80個(gè)循環(huán)在生長有鎢酸鎳的泡沫鎳上電沉積聚苯胺，用去離子水和無水乙醇交替洗滌三次，60℃真空干燥后得到以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳/聚苯胺超級(jí)電容器電極材料。

實(shí)施例3

將泡沫鎳裁剪成長3cm寬1cm的薄片，分別用丙酮，1mol/L鹽酸，無水乙醇，去離子水超聲洗滌20分鐘，然后放入真空干燥箱中80℃干燥6h。

將2mmol鎢酸鈉，2mmol硝酸鎳和10mmol尿素溶解于60mL去離子水中，超聲半小時(shí)后轉(zhuǎn)入到水熱反應(yīng)釜中并加入一片已處理過的泡沫鎳，密封后放入烘箱中160℃水熱反應(yīng)12h，待自然冷卻后，取出泡沫鎳用去離子水和無水乙醇交替洗滌三次，最后在80℃真空干燥8h。

配制0.1mol/L苯胺和1mol/L硫酸的混合溶液作為聚苯胺的前驅(qū)體溶液。以鉑片為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，上一步得到的泡沫鎳為工作電極，采用循環(huán)伏安法在電勢(shì)窗為-0.5-0.5V，掃描速率為50mV/s的條件下經(jīng)過50個(gè)循環(huán)在生長有鎢酸鎳的泡沫鎳上電沉積聚苯胺，用去離子水和無水乙醇交替洗滌三次，60℃真空干燥后得到以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳/聚苯胺超級(jí)電容器電極材料。

圖1（a），（b）分別為鎢酸鎳和鎢酸鎳/聚苯胺在泡沫鎳上的低倍電鏡圖，圖中可以看出多孔的泡沫鎳骨架上包裹著一層物質(zhì)；圖2（a），（b）和圖3（a），（b）分別為鎢酸鎳和鎢酸鎳/聚苯胺在泡沫鎳骨架上的低倍和高倍下的掃描電鏡照片，可以明顯地看出在鎢酸鎳表面上分布著一系列的棒狀物質(zhì)，表明已經(jīng)得到了鎢酸鎳/聚苯胺復(fù)合材料。圖4和圖5分別為鎢酸鎳和鎢酸鎳/聚苯胺在不同掃速下的CV曲線，可以看出曲線上有明顯的氧化還原峰，且鎢酸鎳/聚苯胺的比電容要明顯大于鎢酸鎳，說明復(fù)合材料的電化學(xué)性能明顯提高。

實(shí)施例4

將泡沫鎳裁剪成長3cm寬1cm的薄片，分別用丙酮，1mol/L鹽酸，無水乙醇，去離子水超聲洗滌20分鐘，然后放入真空干燥箱中80℃干燥6h。

將5mmol鎢酸鈉，5mmol硝酸鎳和25mmol尿素溶解于60mL去離子水中，超聲半小時(shí)后轉(zhuǎn)入到水熱反應(yīng)釜中并加入一片已處理過的泡沫鎳，密封后放入烘箱中180℃水熱反應(yīng)8h，待自然冷卻后，取出泡沫鎳用去離子水和無水乙醇交替洗滌三次，最后在80℃真空干燥8h。

配制0.1mol/L苯胺和1mol/L硫酸的混合溶液作為聚苯胺的前驅(qū)體溶液。以鉑片為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，上一步得到的泡沫鎳為工作電極，采用循環(huán)伏安法在電勢(shì)窗為-0.5-0.5V，掃描速率為80mV/s的條件下經(jīng)過80個(gè)循環(huán)在生長有鎢酸鎳的泡沫鎳上電沉積聚苯胺，用去離子水和無水乙醇交替洗滌三次，60℃真空干燥后得到以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳/聚苯胺超級(jí)電容器電極材料。

實(shí)施例5

將泡沫鎳裁剪成長3cm寬1cm的薄片，分別用丙酮，1mol/L鹽酸，無水乙醇，去離子水超聲洗滌20分鐘，然后放入真空干燥箱中80℃干燥6h。

將10mmol鎢酸鈉，10mmol硝酸鎳和50mmol尿素溶解于60mL去離子水中，超聲半小時(shí)后轉(zhuǎn)入到水熱反應(yīng)釜中并加入一片已處理過的泡沫鎳，密封后放入烘箱中180℃水熱反應(yīng)12h，待自然冷卻后，取出泡沫鎳用去離子水和無水乙醇交替洗滌三次，最后在80℃真空干燥8h。

配制0.1mol/L苯胺和1mol/L硫酸的混合溶液作為聚苯胺的前驅(qū)體溶液。以鉑片為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，上一步得到的泡沫鎳為工作電極，采用循環(huán)伏安法在電勢(shì)窗為-0.5-0.5V，掃描速率為80mV/s的條件下經(jīng)過100個(gè)循環(huán)在生長有鎢酸鎳的泡沫鎳上電沉積聚苯胺，用去離子水和無水乙醇交替洗滌三次，60℃真空干燥后得到以泡沫鎳為基底的鎢酸鎳/聚苯胺超級(jí)電容器電極材料。