本發(fā)明超級電容器領(lǐng)域，具體涉及一種多孔納米二硫化三鎳薄膜電極的制備方法。

背景技術(shù)：

超級電容器超級作為一種新型儲能裝置，具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點，在交通、移動通信、信息技術(shù)、航空航天和國防科技等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，超級電容器的主要瓶頸問題在于能量密度不夠高。超級電容器的能量密度計算公式為E＝0.5CV²，其中C為比電容，V為工作電壓。傳統(tǒng)的商用超級電容器主要以活性炭作為電極材料?；钚蕴渴峭ㄟ^電極材料和電解液之間的雙電荷層儲存電荷，屬于物理過程，比電容有限。與之相比，贗電容型電極材料通過活性材料表面快速可逆的法拉第氧化還原反應(yīng)儲存電荷，屬于化學(xué)過程，比電容是雙電層型電極材料的10-100倍。

以金屬氧化物為典型代表的贗電容型電極材料，雖然比電容非常高，但由于導(dǎo)電性能不佳，導(dǎo)致倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性能不理想，制約了其實際應(yīng)用。與金屬氧化物相比，金屬硫化物具有更高的電導(dǎo)率(如二硫化三鎳的導(dǎo)電性甚至與金屬相當(dāng))，有利于電子在電極中的快速傳遞。

此外，將活性材料直接生長于導(dǎo)電基體上，能進(jìn)一步提高材料的電導(dǎo)率，同時可避免使用導(dǎo)電粘結(jié)劑而造成的“死體積”。而將活性材料設(shè)計成多孔納米結(jié)構(gòu)，能緩解充放電過程中造成的體積膨脹。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對以上問題，通過簡單的一步溶劑熱法，在泡沫鎳基底上制備二硫化三鎳薄膜電極。所制備的電極材料兼具大比表面積、高電導(dǎo)率、高倍率性能、高電容和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性等特性，在電流密度1mA/cm²時，比容量最大為3.42F/cm²，循環(huán)穩(wěn)定性可達(dá)到充放電4250次之后容量無衰減。本方法具有簡單易操作、性能優(yōu)異、重現(xiàn)性好、產(chǎn)品純度高等特點，并且適合大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：以泡沫鎳為基底，蒸餾水為溶劑，通過超聲或磁力攪拌，利用簡單的一步溶劑熱方法，直接在泡沫鎳基底上生長二硫化三鎳薄膜。

本發(fā)明所涉及到的反應(yīng)機理：

S ^2-+Ni→Ni ₃S₂

具體為一種多孔納米二硫化三鎳薄膜電極的制備方法，該電極是以泡沫鎳基底為鎳源，以硫脲作為硫化劑，以乙二醇作為溶劑，通過溶劑熱合成法獲得，所述材料呈多孔納米結(jié)構(gòu)，且均勻沉積在泡沫鎳基底表面，孔大小為10-100nm，包括以下步驟：

將泡沫鎳依次用自來水、丙酮、稀鹽酸、蒸餾水超聲清洗干凈并烘干；將硫脲加入乙二醇中，攪拌至充分溶解，然后將所配溶液倒入反應(yīng)釜內(nèi)，將清洗干凈的泡沫鎳放入反應(yīng)釜中，并放入恒溫干燥箱，在80-200℃的恒溫下加熱1-20h后取出，再依次用去離子水和無水乙醇沖洗干凈并自然涼干，即可得到多孔納米二硫化三鎳薄膜電極。

所述的硫脲的濃度為10-50mM。所述的電極片的基底為泡沫鎳。溶劑熱溫度在180℃。溶劑熱的加熱時間在7h。

有益效果

本發(fā)明制得的二硫化三鎳具有容量高、倍率性能好、循環(huán)性能優(yōu)異的特點，在電流密度1mA/cm²時，比容量可達(dá)3.42F/cm²，循環(huán)4250次之后容量還可以保持100％。且制備方法簡單、重復(fù)性好、產(chǎn)品純度高、容易大規(guī)模生產(chǎn)等特點。

附圖說明

圖1為實施例1中所得樣品的XRD圖。

圖2為實施例1中所得二硫化三鎳的掃描電鏡照片。

圖3為實施例1中所得二硫化三鎳的循環(huán)伏安曲線。

圖4為實施例1中所得二硫化三鎳的充放電曲線。

圖5為實施例1中所得二硫化三鎳在不同電流密度下的比電容曲線。

圖6為實施例3所得二硫化三鎳的循環(huán)穩(wěn)定性能圖。

具體實施方式

本發(fā)明的二硫化三鎳電極材料的制備方法步驟為：

(1)將泡沫鎳依次用自來水、丙酮、稀鹽酸、蒸餾水超聲清洗干凈并烘干。(2)將摩爾濃度為10-50mM的硫脲溶于100ml乙二醇中，在磁力攪拌下獲得均勻的硫脲的乙二醇溶液。

(3)將步驟(2)所得的溶液裝入50ml聚四氟乙烯內(nèi)襯中，然后將步驟(1)得到的干凈泡沫鎳放入聚四氟乙烯內(nèi)襯中，再將內(nèi)襯放入不銹鋼水熱釜，放入80-200℃的恒溫干燥箱中烘干。

(4)取出泡沫鎳，依次用去離子水和無水乙醇沖洗表面，并在自然條件下晾干，即可獲得多孔納米二硫化三鎳薄膜電極，該二硫化三鎳樣品可作為超級電容器電極材料。

為進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容與特點，下面給出本發(fā)明的11個最佳實施例，但本發(fā)明所保護(hù)范圍不限于此。

下述實施例中的實驗方法，如無特別說明，均為常規(guī)方法。

實施例1

稱取2mmol硫脲溶解于100mL去乙二醇中，磁力攪拌下將其溶于硝酸鎳。將溶液倒入50mL的聚四氟乙烯內(nèi)膽中，將一塊清洗干凈的3cm×5cm的泡沫鎳放入裝有溶液的聚四氟乙烯內(nèi)膽中，并用不銹鋼外套密封，放入180℃的恒溫干燥箱內(nèi)，保溫7h，待反應(yīng)釜降至室溫后，取出泡沫鎳，依次用去離子水和無水乙醇反復(fù)沖洗，并在烘箱中烘干，即可得到多孔納米二硫化三鎳薄膜電極。

對所得的樣品進(jìn)行物相、形貌及電化學(xué)性能分析，如圖1-圖5所示：

圖1為所得樣品的XRD圖，XRD結(jié)果表明除了來自泡沫鎳基底的峰，其余的峰都來自Ni₃S₂(JCPDS卡片號：44-1418)，表明該方案最終得到的材料為二硫化三鎳。

圖2中a、b圖表明，該方案制得的二硫化三鎳呈現(xiàn)均勻的多孔納米結(jié)構(gòu)，孔徑范圍為10-100nm。

圖3-圖5依次為所得樣品在不同掃描速率下的循環(huán)伏安曲線、不同電流密度下的充放電曲線、不同電流密度下的比容量，表明所得二硫化三鎳的比容量最大可達(dá)3.42F/cm²。

實施例2

與實施例1相比除了硫化的時間(1h)不同，其余和實施例1相同。

實施例3

與實施例1相比除了硫化的時間(10h)不同，其余和實施例1相同。

圖6為樣品的循環(huán)穩(wěn)定性能，表明所得二硫化三鎳循環(huán)4250次后，容量保持率仍然可達(dá)

100％。

實施例4

與實施例1相比除了硫化的時間(20h)不同，其余和實施例1相同。

實施例5

與實施例1相比除了硫脲(1mmol)的量不同，其余和實施例1相同。

實施例6

與實施例1相比除了硫脲(4mmol)的量不同，其余和實施例1相同。

實施例7

與實施例1相比除了除了硫脲(5mmol)的量不同，其余和實施例1相同。

實施例8

與實施例1相比除了硫化的溫度(120℃)不同，其余和實施例1相同。

實施例9

與實施例1相比除了硫化的溫度(150℃)不同，其余和實施例1相同。

實施例10

與實施例1相比除了硫化的溫度(200℃)不同，其余和實施例1相同。