本發(fā)明涉及一種氫氧化鎳-鉬酸鎳納米管超級電容器電極材料及其制備方法與應(yīng)用，屬于電化學(xué)。

背景技術(shù)：

1、超級電容器以其卓越的功率密度、長壽命和高充放電速率成為了現(xiàn)代能源存儲技術(shù)中的重要組成部分。與傳統(tǒng)電池相比，超級電容器具有更高的功率密度和更快的充放電速率，但其能量密度通常較低，如，專利文獻(xiàn)cn110993364a公開了一種鉬酸鎳/碳電極材料的制備方法及制備的超級電容器，0.5a?g-1的電流密度下，比電容僅為325.1f?g-1。專利文獻(xiàn)cn112216521a公開了一種鉬酸鎳-硒化鎳-硒化鉬復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，該納米復(fù)合材料在1ag-1電流密度下，比電容僅為488.5f?g-1。因此，提升超級電容器的能量密度同時保持其優(yōu)良的功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性，已成為當(dāng)前電化學(xué)能量存儲研究的一個重要方向。

2、氫氧化鎳(ni(oh)2)作為一種有前景的電極材料，因其較高的比電容和良好的循環(huán)穩(wěn)定性而受到廣泛關(guān)注。ni(oh)2具有層狀結(jié)構(gòu)，其電化學(xué)性能受其層間結(jié)構(gòu)和離子遷移的影響較大，這使得其在超級電容器中的應(yīng)用展現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能。鉬酸鎳(nimoo4)作為一種新型的過渡金屬氧化物材料，因其優(yōu)異的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性被廣泛研究。nimoo4具有豐富的氧化態(tài)和良好的導(dǎo)電性，能夠有效提高電極材料的能量密度。此外，其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)為電荷儲存提供了更多的活性位點(diǎn)，進(jìn)一步增強(qiáng)了其電容性能。然而，單一金屬氧化物電極材料在實際應(yīng)用中面臨循環(huán)穩(wěn)定性差和能量密度不足的問題。ni(oh)2在高電流密度下，可能會出現(xiàn)電化學(xué)性能下降的問題；并且其導(dǎo)電性較低，可能限制其在超級電容器中的電荷傳導(dǎo)效率。nimoo4在應(yīng)用過程中存在穩(wěn)定性問題，尤其是在某些特定的環(huán)境條件下，如高電流密度或復(fù)雜的化學(xué)環(huán)境中，其穩(wěn)定性會受到影響。通過將不同類型的電極材料進(jìn)行復(fù)合，利用協(xié)同效應(yīng)可以提高材料的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和電荷存儲能力，實現(xiàn)超高性能的超級電容器材料。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種氫氧化鎳-鉬酸鎳納米管超級電容器電極材料及其制備方法與應(yīng)用。

2、本發(fā)明通過靜電紡絲技術(shù)合成鉬酸鎳納米管，然后利用水浴法將氫氧化鎳材料與鉬酸鎳納米管材料復(fù)合，大大提高了材料的比表面積，增加活性位點(diǎn)的數(shù)量，進(jìn)一步提高了材料的比容量和穩(wěn)定性。

3、本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

4、一種氫氧化鎳-鉬酸鎳納米管超級電容器電極材料的制備方法，包括步驟如下：

5、(1)將檸檬酸在室溫條件下溶解在n,n-二甲基甲酰胺和無水乙醇的混合溶劑中，隨后加入硝酸鎳與鉬酸銨，攪拌直至溶解，最后加入聚乙烯吡咯烷酮(pvp)，攪拌6-12h，得到用于紡絲的前驅(qū)體溶液；

6、(2)將前驅(qū)體溶液注入靜電紡絲機(jī)中，通過靜電紡絲制備纖維，將得到的纖維置于馬弗爐中進(jìn)行焙燒處理，焙燒完成后冷卻，得到鉬酸鎳納米管材料；

7、(3)將鉬酸鎳納米管材料分散于水中，加入乙酸鎳、六亞甲基四胺(hmta)、檸檬酸鈉，混合均勻后，于水浴鍋中加熱反應(yīng)4-12h，冷卻，洗滌，干燥，得到氫氧化鎳-鉬酸鎳納米管超級電容器電極材料。

8、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中，硝酸鎳與鉬酸銨的摩爾比為(1-2)：(1-2)。

9、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中，檸檬酸的摩爾量與混合溶劑的體積比為(4-6)：(5-15)，單位mmol?ml-1。

10、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中，n,n-二甲基甲酰胺與無水乙醇的體積比為(1-2)：(1-2)。

11、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中，pvp(k90)的重均分子量為1000,000-3000,000。

12、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中，pvp的質(zhì)量與鉬酸銨的摩爾比為(0.8-1.5)：(0.2-2)，單位g?mmol-1。

13、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中，硝酸鎳的摩爾量與混合溶劑的體積比為(1-2)：(8-12)，單位mmol?ml-1。

14、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中，靜電紡絲條件為：電紡溫度22-28℃，電壓18-22kv，噴出速率0.6-2.0ml?h-1。

15、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中，焙燒處理為兩步焙燒處理，具體為先以0.5-2℃min-1的升溫速率升溫至250-350℃，保溫0.5-2h，然后以0.5-2℃min-1的升溫速率升溫至450-550℃，保持0.5-3h。

16、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中，鉬酸鎳納米管材料的摩爾量與水的體積比為(0.5-1.5)：60mmol?ml-1。

17、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中，乙酸鎳、hmta與檸檬酸鈉摩爾比為(1-2)：(1-2)：(0.05-1)。

18、最為優(yōu)選的，步驟(3)中，乙酸鎳、hmta與檸檬酸鈉摩爾比為1：1：0.1。

19、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中，鉬酸鎳納米管材料與乙酸鎳的摩爾比為1：1。

20、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中，所述水浴鍋反應(yīng)溫度為85-95℃。

21、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中，所述水浴鍋反應(yīng)的時間為10-12h。

22、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中，所述洗滌指用無水乙醇洗滌3-5次，所述干燥為常規(guī)干燥。

23、本發(fā)明在制備紡絲的前驅(qū)體溶液和制備氫氧化鎳納米片-鉬酸鎳納米管材料過程中加入了檸檬酸或檸檬酸鹽，檸檬酸或檸檬酸鹽既作為絡(luò)合劑又作為穩(wěn)定劑，控制鎳離子的釋放速率，防止聚集，同時調(diào)節(jié)溶液的ph值，影響最終產(chǎn)物的形貌和晶體結(jié)構(gòu)，使得到的產(chǎn)物鉬酸鎳納米管上負(fù)載的氫氧化鎳顆粒更均勻，形態(tài)更規(guī)則，檸檬酸鈉加入可以促進(jìn)氫氧化鎳的結(jié)晶，改善其晶體結(jié)構(gòu)，大大提升了材料的表面活性和催化性能。

24、一種氫氧化鎳-鉬酸鎳納米管超級電容器電極材料，采用上述方法制得。

25、上述氫氧化鎳-鉬酸鎳納米管超級電容器電極材料的應(yīng)用，用于制備超級電容器，作為超級電容器的工作電極。

26、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

27、1、本發(fā)明通過靜電紡絲技術(shù)合成具有高度分散的空心納米管形態(tài)的鉬酸鎳納米管，然后利用溫和水浴法將氫氧化鎳材料與鉬酸鎳納米管材料復(fù)合，首先納米管結(jié)構(gòu)提供更大的表面積，有助于提高電極的電化學(xué)活性，其次，納米管的孔隙結(jié)構(gòu)促進(jìn)離子在電解液中的快速傳輸，提高電容器的充放電速率，最后，納米管通常具備更好的導(dǎo)電性，有助于提高電流密度和整體性能，另外，納米管的結(jié)構(gòu)在多次充放電過程中更為穩(wěn)定，延長了電容器的使用壽命。綜上，本發(fā)明的形貌結(jié)構(gòu)大大提高了材料的比表面積，提供了大量的活性表面積，優(yōu)化了孔隙結(jié)構(gòu)，有利于電解質(zhì)的浸潤和離子遷移，大大提高了電容器的能量密度和功率密度。

28、2、本發(fā)明由于其特殊的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，氫氧化鎳-鉬酸鎳納米管超級電容器電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電容特性和循環(huán)穩(wěn)定性。高比表面積和優(yōu)化的電子傳輸通道有助于提高電容器的能量密度和功率密度。

29、3、本發(fā)明利用合成方法可控地調(diào)節(jié)氫氧化鎳和鉬酸鎳形貌，實現(xiàn)對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的精確調(diào)控。這種靈活性不僅有助于優(yōu)化材料的電化學(xué)性能，還有助于實現(xiàn)大規(guī)模制備。

30、4、本發(fā)明制備氫氧化鎳納米片-鉬酸鎳納米管材料采用檸檬酸鹽配合溫和水浴法，水浴法可以提供較為溫和的反應(yīng)條件，避免高溫下可能出現(xiàn)的副反應(yīng)，適合合成較為均勻的氫氧化鎳，檸檬酸鈉作為絡(luò)合劑，有助于提高鎳離子的溶解度，減少聚集現(xiàn)象，從而獲得更均勻的氫氧化鎳顆粒，在溫和條件下，加入檸檬酸鈉可以促進(jìn)氫氧化鎳的結(jié)晶，改善其晶體結(jié)構(gòu)，提高電化學(xué)性能。而傳統(tǒng)的未加入檸檬酸鈉的水熱法，通常需要更長的反應(yīng)時間，且反應(yīng)條件更為嚴(yán)格(高溫高壓)，對設(shè)備要求更高，無法控制鎳離子的釋放速率，得到氫氧化鎳的顆粒大小和分布較為不均勻，同時水熱法中，反應(yīng)條件會導(dǎo)致氫氧化鎳顆粒更大，形態(tài)較為不規(guī)則，降低其電化學(xué)性能。