一種摻雜型超級電容器電極材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種摻雜型超級電容器電極材料，采用簡單的水熱法首次合成鋅摻雜的鎳基金屬有機框架材料，并首次將其應(yīng)用到超級電容器中。本發(fā)明通過控制反應(yīng)物的濃度、溶液混溶方式、反應(yīng)的時間和溫度等工藝參數(shù)成功合成了鋅摻雜的超級電容器電極材料，表現(xiàn)出高容量、大倍率、長循環(huán)等優(yōu)良特性。
【專利說明】一種摻雜型超級電容器電極材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超級電容器領(lǐng)域，具體涉及一種摻雜型超級電容器電極材料。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，超級電容器以其較高的功率密、快速的充放電能力、穩(wěn)定的循環(huán)壽命及綠 色環(huán)保等優(yōu)點而被廣泛研究。超級電容器按其儲能機理可以分為兩大類，雙電層電容和贗 電容，前者是在電極溶液界面通過電子或離子的定向排列造成電荷的對峙所產(chǎn)生的，后者 是在電極表面或體相中的二維或準(zhǔn)二維空間上，電活性物質(zhì)進行欠電位沉積，發(fā)生高度的 化學(xué)吸脫附或氧化還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生了與電極充電電位有關(guān)的電容。傳統(tǒng)的超級電容器 電極材料可以分為三大類，碳材料、金屬有機物和導(dǎo)電聚合物。其中碳材料雖循環(huán)性能較 好，但能量密度較低。而金屬有機物和導(dǎo)電聚合物隨能量密度較大，但循環(huán)性能和功率密度 欠佳。隨著時代的發(fā)展，大規(guī)模電力的應(yīng)用對傳統(tǒng)的超級電容器提出了更高的需求，研究和 開發(fā)更高能量密度、更大充放倍率、更長循環(huán)壽命的超級電容器已然成為一種發(fā)展的趨勢。 為了滿足這種需求，新型電極材料的研究也勢在必然。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種摻雜型超級電容器電極材料，通過控制反應(yīng)物的濃 度、溶液混溶方式、反應(yīng)的時間和溫度等首次成功合成該材料，并將該材料首次用于超級電 容器中，表現(xiàn)出高容量、大倍率、長循環(huán)等優(yōu)良特性。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種摻雜型超級電容器電極材料為鋅摻雜的鎳基金屬有機框架材料。
[0005] 采用簡單的水熱法合成鋅摻雜的鎳基金屬有機框架材料。
[0006] 包括以下步驟： (1) 將對苯二甲酸，六水硝酸鎳和氯化鋅溶于DMF中，得到澄清溶液； (2) 在步驟（1)的溶液中加入氫氧化鈉溶液； (3) 步驟（2)所得溶液經(jīng)水熱反應(yīng)、離心、洗滌、烘干。
[0007] 步驟（1)的溶液中對苯二甲酸、六水硝酸鎳、氯化鋅的濃度分別為0. 05、0. 02、0. 02 mol/L〇
[0008] 步驟（2)中氫氧化鈉溶液的濃度為0. 4 mol/L ;加入氫氧化鈉溶液所用的時間為2 min〇
[0009] 步驟（3)中水熱反應(yīng)溫度為90-1KTC，反應(yīng)時間為6-10 h。
[0010] 步驟（3)中洗滌用的溶劑為DMF和乙醇，各洗三次，烘干溫度為70°C。
[0011] 所述的鋅摻雜的鎳基金屬有機框架材料用于制備超級電容器電極材料。
[0012] 本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：本發(fā)明使用的水熱方法簡單有效，便于大規(guī)模應(yīng)用。通過 控制反應(yīng)物的濃度、溶液混溶方式、反應(yīng)的時間和溫度等可成功合成鋅摻雜的鎳基金屬有 機框架材料。同時采用該材料作為超級電容器的電極時，能夠表現(xiàn)出高容量、大倍率、長循 環(huán)的優(yōu)良特性，質(zhì)量比容量最高可達1620 F · g_\倍率性能優(yōu)良，循環(huán)3000圈后，容量保持 率仍在91%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為鋅摻雜的鎳基M0F材料的X射線衍射圖。圖中a為鎳基M0F材料的標(biāo)準(zhǔn) XRD圖譜，b-e分別為Zn/Ni比例為0,0. 17,0. 26,0. 42的鎳基M0F材料的XRD圖譜。
[0014] 圖2為不同電流密度下，鋅摻雜的鎳基M0F電極的充放電曲線。
[0015] 圖3為電流密度為2A · g4時，鋅摻雜的鎳基M0F電極的循環(huán)性能。

【具體實施方式】
[0016] 本發(fā)明用下列實施例來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于下列實 施例。
[0017] 實施例1 1) 將0. 166g對苯二甲酸，0. 096g六水硝酸鎳和0. 0228g ZnCl2溶于20 ml DMF中； 2) 將1. 6g氫氧化鈉溶于100 ml H20中； 3) 將2ml步驟2)所述的溶液以lml/min的速度逐滴加入到步驟1)所述的溶液中； 4) 將步驟3)所述的溶液投入反應(yīng)釜中，100°C反應(yīng)8 h ; 5) 將步驟4)所得的產(chǎn)物分別用DMF和乙醇各洗三次，70°C下烘24 h，得到樣品； 6) 將這種鋅摻雜的鎳基金屬有機框架材料經(jīng)過濕法和漿，滾壓成膜，烘干成型等步驟 做成超級電容器電極。
[0018] 本實施例制得的鋅摻雜的鎳基金屬有機框架電極其最大比容量可達1620 F · f1， 循環(huán)3000圈后，容量保持率為91%。
[0019] 實施例2 1) 將0. 166g對苯二甲酸，0. 096g六水硝酸鎳和0. 0456 ZnCl2溶于20 ml DMF中； 2) 將1. 6g氫氧化鈉溶于100 ml H20中； 3) 將2ml步驟2)所述的溶液以lml/min的速度逐滴加入到步驟1)所述的溶液中； 4) 將步驟3)所述的溶液投入反應(yīng)釜中，100°C反應(yīng)8 h ; 5) 將步驟4)所得的產(chǎn)物分別用DMF和乙醇各洗三次，70°C下烘24 h，得到樣品； 6) 將這種鋅摻雜的鎳基金屬有機框架材料經(jīng)過濕法和漿，滾壓成膜，烘干成型等步驟 做成超級電容器電極。
[0020] 本實施例制得的鋅摻雜的鎳基金屬有機框架電極其最大比容量可達1630 F · f1， 循環(huán)3000圈后，容量保持率為91. 2%。
[0021] 實施例3 1) 將0. 166g對苯二甲酸，0. 096g六水硝酸鎳和0. 0912g ZnCl2溶于20 ml DMF中； 2) 將1. 6g氫氧化鈉溶于100 ml H20中； 3) 將2ml步驟2)所述的溶液以lml/min的速度逐滴加入到步驟1)所述的溶液中； 4) 將步驟3)所述的溶液投入反應(yīng)釜中，100°C反應(yīng)8 h ; 5) 將步驟4)所得的產(chǎn)物分別用DMF和乙醇各洗三次，70°C下烘24 h，得到樣品； 6) 將這種鋅摻雜的鎳基金屬有機框架材料經(jīng)過濕法和漿，滾壓成膜，烘干成型等步驟 做成超級電容器電極。
[0022] 本實施例制得的鋅摻雜的鎳基金屬有機框架電極其最大比容量可達1615 F · g_S 循環(huán)3000圈后，容量保持率為90. 3%。
[0023] 圖1為鋅摻雜的鎳基M0F的X射線衍射圖.從圖中可以看出，本發(fā)明制得的材料 確為一種鋅摻雜的鎳基M0F材料。圖2為不同電流密度下鋅摻雜的鎳基M0F電極的充放電 曲線。從圖2中可以計算得到，鋅摻雜的鎳基M0F電極在0. 25 A · g4下，比容量可達1620 F · g_\當(dāng)電流密度高達10 A · g4時，比容量仍有864 F · g4,表現(xiàn)出很高的比容量和大倍 率性能。圖3為電流密度為2A*g4時，鋅摻雜的鎳基M0F電極的循環(huán)性能。從圖中可以看 出，循環(huán)3000圈后，容量保持率仍在91%以上，表現(xiàn)出很好的循環(huán)穩(wěn)定性。
[0024] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與 修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種摻雜型超級電容器電極材料，其特征在于：所述的電極材料為鋅摻雜的鎳基金 屬有機框架材料。
2. -種制備如權(quán)利要求1所述的摻雜型超級電容器電極材料的方法，其特征在于：采 用簡單的水熱法合成鋅摻雜的鎳基金屬有機框架材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 將對苯二甲酸，六水硝酸鎳和氯化鋅溶于DMF中，得到澄清溶液； (2) 在步驟（1)的溶液中加入氫氧化鈉溶液； (3) 步驟（2)所得溶液經(jīng)水熱反應(yīng)、離心、洗滌、烘干。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：步驟（1)的溶液中對苯二甲酸、六水硝酸 鎳、氯化鋅的濃度分別為〇· 05、0· 02、0· 02 mol/L。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：步驟（2)中氫氧化鈉溶液的濃度為0. 4 mol/L ;加入氫氧化鈉溶液所用的時間為2 min。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：步驟（3)中水熱反應(yīng)溫度為90-1KTC，反 應(yīng)時間為6-10 h。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：步驟（3)中洗滌用的溶劑為DMF和乙醇， 各洗三次，烘干溫度為70°C。
8. -種如權(quán)利要求1所述的摻雜型超級電容器電極材料的應(yīng)用，其特征在于：所述的 鋅摻雜的鎳基金屬有機框架材料用于制備超級電容器電極材料。
【文檔編號】H01G11/30GK104157464SQ201410447609
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】魏明燈, 孫楊杰 申請人:福州大學(xué)