一种超级电容器正极材料NiCu@HE-NM及其制备方法

本发明涉及一种超级电容器正极材料nicu@he-nm，还涉及上述正极材料nicu@he-nm的制备方法。

背景技术：

1、20世纪以来，随着人口数量的大幅增长，地球上的化石能源日益枯竭，逐渐无法满足人类对能源的需求，因此发展清洁高效的能源转换和储能装置具有重要意义。超级电容器由于其高功率密度、快速充放电速率和出色的使用寿命已成为下一代电子产品和电动汽车最理想的能源储存技术之一。根据储能机理，超级电容器可以分为双电层电容器，赝电容器和混合超级电容器，其中混合超级电容器相比较其他两种电容器可以提供更高的能量密度，具有更大的发展潜力。

2、混合超级电容器由于可以同时提供较高的能量密度和功率密度而被视为最理想的储能技术之一。层状双金属氢氧化物(ldh)因具有高氧化还原活性、高理论比电容和可调的成分组成等优点被认为是最有前途的混合超级电容器正极材料之一，但其结构稳定性较差，导致其在作为超级电容器正极材料实际应用过程中循环稳定性不够理想。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的旨在提供一种具有高结构稳定性的超级电容器正极材料nicu@he-nm，该材料作为超级电容器正极材料应用时具有较高的比电容和循环稳定性；本发明另一目的旨在提供上述正极材料nicu@he-nm的制备方法。

2、技术方案：本发明所述的超级电容器正极材料nicu@he-nm，由三维多孔的nicu基底以及原位生长在nicu基底表面及孔隙内的he-nm纳米片组成；其中，所述he-nm纳米片为高熵掺杂的nimn-ldh纳米片，高熵掺杂的元素为mg、cr和mo。

3、其中，所述he-nm纳米片的长度为0.1～0.3μm，厚度为20～40nm，负载量为0.5～3.5mg/cm2。

4、其中，正极材料nicu@he-nm中，ni的含量为80～95at％；cu的含量为0.1～1at％；mn的含量为1～5at％；mg的含量为0.1～5at％；cr的含量为0.1～5at％；mo的含量为0.1～5at％。

5、其中，所述nicu基底呈分级多孔的三维骨架结构，三维骨架结构的孔径为15～25μm，骨架结构上还分布有大量的纳米孔，纳米孔的孔径为30～60nm。

6、上述超级电容器正极材料nicu@he-nm的制备方法，包括如下步骤：

7、(1)将工作电极置于包含0.2m niso4·6h2o、0.0075m cuso4·5h2o、0.4mh3bo3、0.3m na3c6h5o7·2h2o和1.2m(nh4)2so4的混合溶液中；其中，工作电极阴极为镍片；

8、(2)通过恒流电化学沉积在阴极镍片上沉积得到三维多孔的nicu基底；

9、(3)用超纯水浸泡清洗nicu基底，然后进行真空冷冻干燥；

10、(4)将nicu基底作为工作电极，置于包含0.0375m ni(no3)2·6h2o、0.005～0.05mmn(no3)2·4h2o、0.00025～0.025m mg(no3)2·6h2o、0.00025～0.025mcr(no3)3·9h2o和0.00003～0.003m(nh4)6mo7o24·4h2o的混合溶液中；

11、(5)通过循环伏安法(cv循环)在nicu基底上沉积he-nm纳米片，得到正极材料nicu@he-nm；

12、(6)用超纯水浸泡清洗nicu@he-nm，清洗后真空冷冻干燥即可。

13、其中，步骤(2)中，恒流电化学沉积的电流密度为2a/cm2，沉积时间为90s。

14、其中，步骤(3)中，用超纯水浸泡清洗nicu基底不少于3次，每次10～15min；冷冻干燥时间为5～6h。

15、其中，步骤(5)中，采用循环伏安法进行沉积时的沉积电压区间为-1.3～0.4v，沉积扫速为25～150mv/s，沉积圈数为2～10。

16、其中，步骤(6)中，用超纯水浸泡清洗nicu@he-nm不少于3次，每次10～15min；冷冻干燥时间为5～6h。

17、高熵掺杂过程中，mg、cr和mo元素与ni离子半径相差不大，可以减少晶格膨胀收缩和缺陷生成。另外mg是一种结构稳定剂，在ni(oh)2中掺杂mg可以有效地稳定结构和形态；cr和mo是一种变价金属，其多价态有助于形成更多的载流子。

18、有益效果：相比于现有技术，本发明具有如下显著的优点：本发明正极材料nicu@he-nm呈现出三维多孔的骨架结构，能够允许更快的传质速率，从而使其具有更好的倍率性能；nicu@he-nm作为超级电容器正极材料时具有较高的循环稳定性，在电流密度为20a g-1时经过10000次恒流充放电循环后比电容保持其初始值的85.4％。

技术特征：

1.一种超级电容器正极材料nicu@he-nm，其特征在于：由三维多孔的nicu基底以及原位生长在nicu基底表面及孔隙内的he-nm纳米片组成；其中，所述he-nm纳米片为高熵掺杂的nimn-ldh纳米片，高熵掺杂的元素为mg、cr和mo。

2.根据权利要求1所述的超级电容器正极材料nicu@he-nm，其特征在于：所述he-nm纳米片的长度为0.1～0.3μm，厚度为20～40nm。

3.根据权利要求1所述的超级电容器正极材料nicu@he-nm，其特征在于：nicu基底上，he-nm纳米片的负载量为0.5～3.5mg/cm2。

4.根据权利要求1所述的超级电容器正极材料nicu@he-nm，其特征在于：正极材料nicu@he-nm中，ni的含量为80～95at％；cu的含量为0.1～1at％；mn的含量为1～5at％；mg的含量为0.1～5at％；cr的含量为0.1～5at％；mo的含量为0.1～5at％。

5.根据权利要求1所述的超级电容器正极材料nicu@he-nm，其特征在于：所述nicu基底呈分级多孔的三维骨架结构，三维骨架结构的孔径为20～30μm，骨架结构上还分布有大量孔径为5～8μm的小孔。

6.权利要求1所述的超级电容器正极材料nicu@he-nm的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的超级电容器正极材料nicu@he-nm的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，恒流电化学沉积的电流密度为2～2.5a/cm2，沉积时间为90～95s。

8.根据权利要求6所述的超级电容器正极材料nicu@he-nm的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，用超纯水浸泡清洗nicu基底不少于3次，每次10～15min；冷冻干燥时间为5～6h。

9.根据权利要求6所述的超级电容器正极材料nicu@he-nm的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，采用循环伏安法进行沉积时的沉积电压区间为-1.3～0.4v，沉积扫速为25～150mv/s，沉积圈数为2～10。

10.根据权利要求6所述的超级电容器正极材料nicu@he-nm的制备方法，其特征在于：步骤(6)中，用超纯水浸泡清洗nicu@he-nm不少于3次，每次10～15min；冷冻干燥时间为5～6h。

技术总结本发明公开了一种超级电容器正极材料NiCu@HE‑NM，由三维多孔的NiCu基底以及原位生长在NiCu基底表面及孔隙内的HE‑NM纳米片组成；其中，所述HE‑NM纳米片为高熵掺杂的NiMn‑LDH纳米片，高熵掺杂的元素为Mg、Cr和Mo。本发明还公开了上述正极材料NiCu@HE‑NM的制备方法。本发明NiCu@HE‑NM作为超级电容器正极材料应用时具有较高的循环稳定性，在电流密度为20Ag<supgt;‑1</supgt;时经过10000次恒流充放电循环后比电容保持其初始值的85.4％。技术研发人员：曾宇乔,王广舒,张旭海,郭文静,彭凯,郭志伟,陈子茜,蒋建清受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2