一種電化學(xué)電容器及電吸附脫鹽電極材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電化學(xué)電容器及電吸附脫鹽電極材料，屬于化學(xué)工程及新材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近十年來，俄羅斯，美國和日本等發(fā)達國家針對蓄電池等化學(xué)二次電源在實際使用中所暴露出的在脈沖輸出功率、低溫放電特性以及使用壽命方面的缺陷，積極地開發(fā)出一種旨在彌補蓄電池上述不足的物理儲能二次電源一電化學(xué)電容器。電化學(xué)電容器既具有電池的能量貯存特性，又具有電容器的功率特性，它比傳統(tǒng)電解電容器的積能密度高上千倍，而漏電電流小數(shù)千倍，具有法拉級的超大電容量，儲電能量大、時間長；其放電比功率較蓄電池高近十倍，能夠瞬間釋放數(shù)百至數(shù)千安培電流，大電流放電甚至短路也不會對其有任何影響，循環(huán)使用壽命長而不需要任何維護和保養(yǎng)，是一種理想的大功率二次電源。另夕卜，在超級電容器的應(yīng)用領(lǐng)域中，采用大比表面的復(fù)合材料，在通電的條件能夠?qū)⒑}溶液如海水及苦咸水的離子進行吸附，達到脫鹽的效果，當(dāng)吸附飽和時，通過反接的方式使得電極上吸附的離子脫附，從而實現(xiàn)電極再生。這種利用電化學(xué)雙層電容脫鹽方式具有能耗小、裝置可小型化，可廣泛應(yīng)用于家庭、汽車、火車和艦船等狹小空間的應(yīng)用。
[0003]目前主要有三類材料適用于制備電化學(xué)電容器電極材料:碳素材料、金屬氧化物材料和導(dǎo)電聚合物材料。傳統(tǒng)氧化釕有著很大的電容量受到電化學(xué)家的青睞，但是由于價格昂貴一直不能夠工業(yè)應(yīng)用【Kvastek, K.; Horvat-Radosevic, V.Electrochemicalproperties of hydrous ruthenium oxide films formed and measured at differentpotentialsJournal of Electroanalytical Chemistry Volume: 511, Issue: 1-2,September 21, 2001, pp.65 - 78】，專利CN02217073.1采用燒結(jié)氧化鎳作為電極材料，有著有較高的功率密度和能量密度，且重量輕，成本低，壽命長等有點，但是其電阻高，造成電極能量損失大，自放電嚴重。專利CN02112894.4采用活性炭為電極材料，通過金屬離子A13+、Li+、Zn2+、Cu2+、Tl+、Pb2+提高電容量，但是在生產(chǎn)制備過程中尤其利用重金屬容易造成環(huán)境污染。專利US7，074，880采用碳氣凝膠作為電極材料，但是造成利用碳氣凝膠的電化學(xué)電容器自放電非常嚴重，不利于工業(yè)化應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種納米碳負載納米氧化鎳電化學(xué)電容器及電吸附脫鹽電極材料，一方面利用納米氧化鎳的氧化還原性獲得大電容，一方面利用納米碳材料獲得獨特的孔徑結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性能強，高比表面積、比表面積利用率高，有利于獲得效應(yīng)和長的使用壽命，另一方面利用納米氧化鎳及納米碳的協(xié)同效應(yīng)，使得電化學(xué)電容器的電極具有高電容器容量和能量密度，充放電重復(fù)性能好，離子吸附力強，循環(huán)使用壽命長，具有很高的實用價值。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種電化學(xué)電容器及電吸附脫鹽電極材料，由納米氧化镲和納米碳材料復(fù)合而成，其制備步驟如下:
一、配制鎳鹽水溶液:在濃度為0.5?2.5 mol/1的鎳鹽溶液中加入濃度為10?50 g/I保護劑；
二、混合:將10?20g/Ι的納米碳材料和75?200 g/Ι尿素加入步驟一配制的鎳鹽水溶液中，首先在室溫下攪拌2 h，然后在80°C，磁力攪拌I?6 h ;
或溫度設(shè)定50?60°C，將70?200 g/Ι的納米碳材料加入步驟一配制的鎳鹽水溶液中攪拌2?6h，然后加入無水乙醇，滴入I?3 mol/1堿溶液；
三、制備納米氧化鎳粉末:將步驟二中產(chǎn)生的沉淀抽濾、洗滌至中性，置入烘箱中在60?120°C烘干，將所得產(chǎn)物在300?500°C下煅燒3?8 h，得納米氧化鎳粉末；
四、制備電極:將上述制得的納米氧化鎳粉末與粘接劑按質(zhì)量比為95:5?70:30的比例均勻混合，設(shè)定溫度70?120°C，干燥0.5?5h，干燥后使用壓片機將上述物質(zhì)壓制，組裝成納米碳材料負載納米氧化镲電極。
[0006]進一步的，所述保護劑為聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、十二烷基璜酸鈉、酒石酸鈉中的一種或幾種組合。
[0007]進一步的，所述鎳鹽為六水合氯化鎳，六水合硫酸鎳，六水合硝酸鎳的一種。
[0008]進一步的，所述加入無水乙醇與鎳鹽水溶液的體積比0.5?5:1。
[0009]進一步的，所述堿包括尿素、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水中的一種或幾種組合。
[0010]進一步的，所述納米碳材料質(zhì)量百分比為90?50 %，納米氧化鎳的質(zhì)量百分比為10 ?50%。
[0011]進一步的，所述納米碳材料為納米碳管或石墨烯或氧化石墨或納米碳管、石墨烯、氧化石墨的混合物。
[0012]更進一步的，所述納米碳管是單壁納米碳管或多壁納米碳管或單壁納米碳管與多壁納米碳管的混合物。
[0013]進一步的，所述粘結(jié)劑為聚四氟乙烯乳液、聚四氟乙烯顆粒、聚偏氟乙烯顆粒和酚醛樹脂中的一種或幾種組合。
[0014]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:一方面利用納米氧化鎳的氧化還原性獲得大電容，納米碳材料具有獨特的孔徑結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性能強，高比表面積、比表面積利用率高，有利于獲得效應(yīng)和長的使用壽命，另一方面利用納米氧化鎳及納米碳的協(xié)同效應(yīng)，使得電化學(xué)電容器的電極具有高電容器容量和能量密度，充放電重復(fù)性能好，離子吸附力強，循環(huán)使用壽命長，制備工藝流程簡單，工藝參數(shù)控制容易實現(xiàn)，納米氧化鎳包覆納米碳均勻，適于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)、應(yīng)用；采用此種材料制成的氧化鎳電極膨脹小，比容量高，充放電性能好，電吸附無機鹽離子性能優(yōu)異，使用壽命長，具有很高的實用價值。
【具體實施方式】
[0015]實施例1
一種電化學(xué)電容器電極材料，其制備步驟如下:
一、配制鎳鹽水溶液:在濃度為0.5?2.5 mol/1的鎳鹽溶液中加入濃度為10?50 g/I保護劑；
二、混合:將10?20g/Ι的納米碳管和75?200 g/Ι尿素放入上述鎳鹽水溶液中，首先在室溫下攪拌2 h，然后在80 °C，磁力攪拌I?6 h ;
三、制備納米氧化鎳粉末:將步驟二中產(chǎn)生的沉淀抽濾、洗滌至中性，置入烘箱中在100°C烘干，將所得產(chǎn)物在300?500°C下煅燒4?5 h，得納米碳管負載納米氧化鎳粉末；
四、制備電極:將上述制得的納米碳管負載納米氧化鎳粉末與PT