一种NiOOH电极材料的制备方法及自充电超级电容器

本发明涉及电极材料及电容器的，具体涉及一种niooh电极材料的制备方法及自充电超级电容器。

背景技术：

1、随着经济、社会和科学的飞速发展，柔性可穿戴器件在我们的日常生活中发挥着越来越重要的作用。这种设备因为需要传统电池供电，而受制于体积因素的影响，需要定期充电甚至更换，无法适应更加复杂的现实生活场景。压电式自充电超级电容器不仅可以利用人体运动有关的的机械能进行自发充电，而且具有设备简单、体积小、重量轻等多种优势，可以应用于柔性可穿戴和微电子设备。

2、目前广泛研究的电极材料电压窗口低导致超级电容器能量密度过低，且有相当数量的非柔性器件，难以在实际生活中应用，无法进行有效的能量收集和储存。其次现有的自供电系统电源需要将能量收集与储存分开，两者之间需要整流电路进行连接，造成了器件体积增大与线路繁琐。相比之下，具有宽电压窗口的niooh材料不仅能够集成为高能量密度的超级电容器还可应用于自充电超级电容器的组装中，逐步成为领域的研究热点。

3、羟基氧化物材料本身具有高价态镍元素可以有效扩大电极材料的电势窗口进而提高器件的能量密度，是一种具有应用前景的电极材料。在众多羟基氧化物材料中，niooh是比较常见的电极材料。目前的研究通常采用金属掺杂，缺陷工程，异质结工程来提高niooh的电化学性能。

4、利用压电效应的柔性高能量密度自充电超级电容器可将环境中的机械能有效转化成电能，是一种有应用潜力的能量收集/存储设备。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供及一种niooh电极材料的制备方法，利用一步电化学氧化的方法将生在在泡沫镍基底的ni-mof氧化为亲水的羟基氧化镍，得到了一种具有高亲水性和宽电压窗口的自支撑电极材料，可以提高器件的能量密度。

2、本发明的目的之二在于提供一种自充电超级电容器，利用常见的pvdf薄膜作为隔膜将niooh电极材料与活性炭电极组装为一种无需外加电源即可进行自我充电的自充电超级电容器器件，与广泛研究的自供电电源进行区别，更加简化了柔性可穿戴设备电源的体积。

3、本发明实现目的之一所采用的方案是：一种niooh电极材料的制备方法，首先在泡沫镍基底表面原位生长ni-mof，再利用一步电化学氧化的方法将生长在泡沫镍基底的ni-mof氧化为亲水的羟基氧化镍，得到所述自支撑的niooh电极材料。

4、优选地，主要包括以下步骤：

5、(1)制备ni-mof/nf：将ni(no3)2·5h2o和对苯二甲酸分散溶解于水和乙醇的混合溶液中，再将泡沫镍置于溶液中，在一定温度下进行水热反应，反应完成后，将产物取出，洗涤干燥后即得ni-mof/nf；

6、(2)制备niooh电极材料：以步骤(1)制备的ni-mof/nf作为工作电极，利用恒电压极化对ni-mof/nf进行电化学氧化，极化结束后，洗涤、干燥，即得niooh电极材料。

7、优选地，所述步骤(1)中，ni(no3)2·5h2o和对苯二甲酸的摩尔比为2-5:1。

8、优选地，所述步骤(1)中，混合溶液中水和乙醇的体积比为1:2-4。

9、优选地，所述步骤(1)中，水热反应的温度为90-110℃。

10、优选地，所述步骤(2)中，电解的电解液中二价铁离子的浓度为0.5-2m。

11、优选地，所述步骤(2)中，电解的电压为-0.8至-1.2v，极化时间为30-120s。

12、本发明实现目的之二所采用的方案是：一种自充电超级电容器，使用所述的制备方法制备的niooh电极材料作为正极，活性炭为负极，pvdf压电薄膜为隔膜，采用三明治结构将上述三部分组装在一起，用柔性材质封装后干燥，得到柔性全固态自充电超级电容器。

13、优选地，组装前先将所述的三部分分别置于pva/koh或pva/h2so4凝胶电解液中充分浸润。

14、本发明具有以下优点和有益效果：

15、本发明的niooh电极材料的制备方法，利用一步电化学氧化的方法将生在在泡沫镍基底的ni-mof氧化为亲水的羟基氧化镍，得到了一种具有高亲水性和宽电压窗口的自支撑电极材料，本发明制备的niooh电极材料具有宽电压窗口，可以提高器件的能量密度，制备方法简单，易于调节。

16、将本发明的制备方法制备的具有宽电压窗口的niooh材料和以其为正极可组装柔性自充电超级电容器。

17、本发明的自充电超级电容器，利用常见的pvdf薄膜作为隔膜将niooh电极材料与活性炭电极组装为一种无需外加电源即可进行自我充电的自充电超级电容器器件，与广泛研究的自供电电源进行区别，更加简化了柔性可穿戴设备电源的体积。

18、本发明的自充电超级电容器有别于常见自供电系统电源的柔性自充电超级电容器电源系统，将外部机械能收集设备与电能转化为化学能存储设备集成在一个元件上，只需外界给予形变即可进行自我充电，并为柔性可穿戴设备供电。

技术特征：

1.一种niooh电极材料的制备方法，其特征在于：首先在泡沫镍基底表面原位生长ni-mof，再利用一步电化学氧化的方法将生长在泡沫镍基底的ni-mof氧化为亲水的羟基氧化镍，得到所述自支撑的niooh电极材料。

2.根据权利要求1所述的niooh电极材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的niooh电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，ni(no3)2·5h2o和对苯二甲酸的摩尔比为2-5:1。

4.根据权利要求2所述的niooh电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，混合溶液中水和乙醇的体积比为1:2-4。

5.根据权利要求2所述的niooh电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，水热反应的温度为90-110℃。

6.根据权利要求2所述的niooh电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，电解的电解液中二价铁离子的浓度为0.5-2m。

7.根据权利要求2所述的niooh电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，电解的电压为-0.8至-1.2v，极化时间为30-120s。

8.一种自充电超级电容器，其特征在于：使用权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备的niooh电极材料作为正极，活性炭为负极，pvdf压电薄膜为隔膜，采用三明治结构将上述三部分组装在一起，用柔性材质封装后干燥，得到柔性全固态自充电超级电容器。

9.根据权利要求8所述的自充电超级电容器，其特征在于：组装前先将所述的三部分分别置于pva/koh或pva/h2so4凝胶电解液中充分浸润。

技术总结本发明涉及电极材料及电容器的技术领域，具体涉及一种NiOOH电极材料的制备方法及自充电超级电容器，首先在泡沫镍基底表面原位生长Ni‑MOF，再利用一步电化学氧化的方法将生长在泡沫镍基底的Ni‑MOF氧化为亲水的羟基氧化镍，得到所述自支撑的NiOOH电极材料。本发明利用一步电化学氧化的方法将生在在泡沫镍基底的Ni‑MOF氧化为亲水的羟基氧化镍，得到了一种具有高亲水性和宽电压窗口的自支撑电极材料，制备的NiOOH电极材料具有宽电压窗口，可以提高器件的能量密度，制备方法简单，易于调节。将本发明的制备方法制备的具有宽电压窗口的NiOOH材料和以其为正极可组装柔性自充电超级电容器。技术研发人员：刘雍,韩子武,方鹏飞受保护的技术使用者：武汉大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2