一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器Cu(OH)₂@Ni₂(OH)₂CO₃多級(jí)納米陣列電極的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種在泡沫銅基底原位生長(zhǎng)柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的方法。先在泡沫銅基底上原位生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)整的Cu(OH)2納米棒陣列，然后利用水熱反應(yīng)在Cu(OH)2納米棒表面生長(zhǎng)薄片狀Ni2(OH)2CO3，形成CUNI多級(jí)納米陣列電極。以Cu(OH)2納米棒為骨架，減少電極活性材料與基底間的歐姆電阻，促進(jìn)電子傳輸。外層包覆的Ni2(OH)2CO3納米片不僅具有較高的理論法拉第電容值，而且具有較大的比表面積。這種結(jié)構(gòu)新穎的多級(jí)納米陣列電極電導(dǎo)率高、比表面積大、性能穩(wěn)定，是研制性?xún)?yōu)異的柔性固態(tài)超級(jí)電容器理想的電極材料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
—種柔性固態(tài)超級(jí)電容器Cu(0H)2_i2(0H)2C03多級(jí)納米陣列電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于納米材料的合成領(lǐng)域，具體涉及一種在泡沫銅基底上原位生長(zhǎng)氫氧化銅核堿與式碳酸鎳殼(Cu(0H)2_i2(0H)2C03，CUNI)多級(jí)納米陣列電極的方法。【背景技術(shù)】
[0002]作為一種最適合的儲(chǔ)能器件之一，超級(jí)電容器具有功率密度高、充電速度快、循環(huán)穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而備受人們關(guān)注。過(guò)渡金屬氧化物和氫氧化物因存在形式多樣性、電導(dǎo)率高，被認(rèn)為是理想的電容材料。其中，堿式碳酸鹽的成本低廉，環(huán)境友好，容易制備，理論電容值高，成為科研工作者的研究熱點(diǎn)。近年來(lái)超級(jí)電容器朝著柔性固態(tài)的方向發(fā)展，以期能研制出靈活便捷、安全可靠、可穿戴的新型超級(jí)電容器。因此，選擇一種導(dǎo)電性好且具備柔性的基底極其重要，泡沫銅被認(rèn)為是作為柔性固態(tài)超級(jí)電容器基底的一種理想材料。但是制備實(shí)用性強(qiáng)且性能優(yōu)異的柔性固態(tài)超級(jí)電容器具有挑戰(zhàn)性，幸運(yùn)的是，這個(gè)問(wèn)題能通過(guò)讓理想的電容材料在柔性導(dǎo)電基底上可控原位生長(zhǎng)的方式來(lái)解決。
[0003]我們報(bào)道了一種在泡沫銅基底上原位生長(zhǎng)CUNI的多級(jí)納米陣列，先在泡沫銅基底上首先原位生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)均一的CU納米棒陣列，CU納米棒起到了骨架作用，增大了與基底的作用力，同時(shí)促進(jìn)了電子的傳輸。然后通過(guò)水熱法一步包覆了一層致密的Ni2(OH)2C〇3薄片，形成森林狀多級(jí)納米陣列。這種結(jié)構(gòu)新穎的電極材料電導(dǎo)率高、機(jī)械性能好、比表面積大，制備出的柔性固態(tài)超級(jí)電容器展示出優(yōu)異的電容性能。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種在泡沫銅基底上原位生長(zhǎng)CUNI多級(jí)納米陣列電極的方法，并探究了該電極材料在柔性固態(tài)超級(jí)電容器方面的應(yīng)用。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目標(biāo)，本發(fā)明采用如下方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006] —種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:
[0007] (1)將處理過(guò)的泡沫銅置于氫氧化鈉和過(guò)硫酸銨的溶液中反應(yīng)，得到垂直生長(zhǎng)在泡沫銅基底上的Cu(0H)2(CU)納米棒陣列；
[0008] (2)將步驟(1)所得CU納米棒陣列清洗干凈后，置于真空干燥箱中真空干燥；
[0009] (3)將步驟(2)所得到的CU納米棒陣列在六水合硝酸鎳及尿素的溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，獲得CUNI多級(jí)結(jié)構(gòu)的陣列電極。
[0010]所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:步驟(1)中所述泡沫銅的處理方法指的是:依次在稀鹽酸，無(wú)水乙醇和去離子水中超聲5 分鐘，然后在空氣中干燥。
[0011]所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法:步驟(1)中所述的氫氧化鈉溶液的濃度為1.0-10.0M，過(guò)硫酸銨的濃度為0.05-5.0M;氫氧化鈉和過(guò)硫酸銨的溶液總體積為l〇-l〇〇ml。
[0012]所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的反應(yīng)溫度為10-80 °C，反應(yīng)時(shí)間為1-60min。
[0013]所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的真空干燥溫度為20-50°C，時(shí)間為2-12h。
[0014]所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:步驟(3)中所述的六水合硝酸鎳的濃度為1-15mmo I，尿素的濃度為I _50mmo I ；六水合硝酸鎳及尿素的溶液總體積為20ml。
[0015]所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于:步驟(3)中所述的反應(yīng)溫度為100-220 °C，反應(yīng)時(shí)間為4-12h。
[0016]所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:基于所得的CUNI多級(jí)納米陣列電極組裝柔性固態(tài)超級(jí)電容器的方法為:將步驟(3)得到的兩片電極材料涂上一層由氫氧化鋰和聚乙烯醇組成的聚合物凝膠電解液，置于烘箱中干燥，組裝成對(duì)稱(chēng)性超級(jí)電容器，即可。
[0017]所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:所述的氫氧化鋰的濃度為l-50mmol，聚乙烯醇的質(zhì)量為0.1-2.0g，聚合物凝膠電解液總體積為1-20ml。
[0018]一種在泡沫銅基底上原位生長(zhǎng)CUNI多級(jí)納米陣列電極的合成方法，包括以下步驟:
[0019](I)將處理過(guò)的泡沫銅置于氫氧化鈉和過(guò)硫酸銨的溶液中，得到垂直生長(zhǎng)在泡沫銅基底上的CU納米棒陣列；
[0020](2)將步驟(I)所得CU納米棒陣列進(jìn)行表面處理干凈后，置于真空干燥箱中真空干燥；
[0021](3)將步驟(2)所得到的CU納米棒陣列在六水合硝酸鎳及尿素的溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，制備出CUNI多級(jí)納米陣列電極；
[0022](4)將步驟(3)得到的兩片CUNI多級(jí)納米陣列電極材料涂上一層由氫氧化鋰和聚乙烯醇組成的聚合物凝膠電解液，置于烘箱中干燥，組裝成對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器；
[0023]步驟(I)中所述泡沫銅的洗滌方法包括在稀鹽酸，無(wú)水乙醇和去離子水中超聲清洗一定時(shí)間，然后真空干燥。
[0024]步驟(I)中所述的氫氧化鈉溶液的濃度為1.0-10.0M，過(guò)硫酸錢(qián)的濃度為0.05-
5.0M。溶液總體積為1-1OOml。
[0025]步驟(I)中所述的反應(yīng)溫度為10-80°C，反應(yīng)時(shí)間為l_60min。
[0026]步驟(2)中所述的真空干燥溫度為20_50°C，時(shí)間為2_12h。
[0027 ] 步驟(3)中所述的六水合硝酸鎳的濃度為1-15mmo I，尿素的濃度為I _50mmo I。
[0028]步驟(3)中所述的反應(yīng)溫度為100_220°C，反應(yīng)時(shí)間為4_12h。
[0029]步驟(4)中所述的氫氧化鋰的濃度為l-50mmol，聚乙烯醇的質(zhì)量為0.1-2.0g，溶液總體積為l-20ml。
[0030]步驟(4)中所述的干燥溫度為20_50°C，干燥時(shí)間為4_12h。
[0031]本發(fā)明所制備的CUNI多級(jí)納米陣列電極比表面積大，導(dǎo)電性好，其電容值達(dá)到
1.2F/cm2。
[0032]本發(fā)明所提供在泡沫銅基底上原位生長(zhǎng)CUNI多級(jí)納米陣列電極的方法相對(duì)于初始的CU納米棒陣列電極在電化學(xué)性能和穩(wěn)定性方面顯著增加。
[0033]本發(fā)明的有益成果:本發(fā)明利用氧化還原反應(yīng)及水熱合成反應(yīng)，構(gòu)建了一種反應(yīng)條件溫和、原位生長(zhǎng)CUNI多級(jí)納米陣列電極的方法。在室溫條件下，以泡沫銅為基底原位生長(zhǎng)出CU納米棒陣列。然后在CU納米棒陣列表面通過(guò)水熱方法制備出Ni2(0H)2C03納米片，均勻包覆著CU納米棒，形成CUNI多級(jí)納米結(jié)構(gòu)。兩步過(guò)程均不需要加入任何有機(jī)修飾劑，反應(yīng)過(guò)程綠色環(huán)保。得到的CUNI多級(jí)納米陣列電極具有比表面積大、導(dǎo)電性好的特點(diǎn)，有利于制備性能優(yōu)異的超級(jí)電容器。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種合成方法簡(jiǎn)單，制備過(guò)程經(jīng)濟(jì)環(huán)保的原位生長(zhǎng)CUNI多級(jí)納米陣列電極的新方法。在導(dǎo)電基底上直接原位生長(zhǎng)的多級(jí)納米陣列電極和基底之間的界面電阻低，有利于電子和活性離子的傳輸。該多級(jí)納米陣列電極理論電容值高， 比表面積大，在柔性固態(tài)超級(jí)電容器方面有很大的應(yīng)用前景。加之合成方法簡(jiǎn)單、原材料成本低廉，導(dǎo)致這種電極組裝的超級(jí)電容器在便捷式的儲(chǔ)能器件方面具有顯著地市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?！靖綀D說(shuō)明】[〇〇35] 圖1為CU納米棒陣列電極的SEM圖片；[〇〇36] 圖2為CUN1-1多級(jí)納米陣列電極的SEM圖片；[〇〇37] 圖3為CUN1-2多級(jí)納米陣列電極的SEM圖片；[〇〇38] 圖4為CUN1-3多級(jí)納米陣列電極的SEM圖片；[〇〇39] 圖5為CUN1-3多級(jí)納米陣列電極的TEM圖片；[〇〇4〇] 圖6為⑶、CUN1-UCUN1-2及CUN1-3多級(jí)納米陣列電極在三電極測(cè)試的恒電流充放電曲線(xiàn)圖；[0041 ] 圖7為⑶、CUN1-UCUN1-2及CUN1-3多級(jí)納米陣列電極在三電極測(cè)試過(guò)程中的循環(huán)伏安曲線(xiàn)圖；[〇〇42] 圖8為⑶、CUN1-UCUN1-2及CUN1-3多級(jí)納米陣列電極在兩電極測(cè)試過(guò)程中的恒電流充放電曲線(xiàn)圖；[〇〇43] 圖9為⑶、CUN1-l、CUN1-2及CUN1-3多級(jí)納米陣列電極的面電容值比較圖；[〇〇44] 圖10為0]、0^1-1、0^1-2及0^1-3多級(jí)納米陣列電極的交流阻抗譜圖。【具體實(shí)施方式】
[0045]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明相關(guān)內(nèi)容。需要指出的是，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，而且，在閱讀了本發(fā)明的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明做出各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落入本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
[0046]實(shí)施例1[〇〇47]將處理好的泡沫銅(1 X 3cm2)分別在稀鹽酸、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲5分鐘，在空氣中干燥。配制2M氫氧化鈉溶液和0.2M過(guò)硫酸銨溶液，各取10ml于燒杯中，攪拌均勻。將洗凈的泡沫銅浸入上述混合溶液中，適時(shí)振蕩燒杯，在室溫下反應(yīng)6min。待泡沫銅表面顏色變?yōu)闇\藍(lán)色，取出樣品，并用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。然后配制2mM的六水合硝酸鎳溶液和4mM的尿素溶液，各取1ml于20ml反應(yīng)爸中，將上述干燥的樣品置于混合溶液中。接著將反應(yīng)釜在烘箱中加熱到100°C，5h后取出樣品(即電極)，用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。配制體積為20ml濃度為20mM的氫氧化鋰溶液，在80°C下溶解2g聚乙烯醇，不斷攪拌至溶液透明。取兩片電極浸在上述氫氧化鋰/聚乙烯醇溶液中，5min后取出，在室溫下干燥12h后將兩片電極組裝成超級(jí)電容器。圖1為合成的CU納米棒陣列的SEM圖片。表明在一個(gè)很小的放大倍率下，CU納米棒陣列仍然保持著均勻的形貌。圖2為CUN1-1多級(jí)納米陣列電極的SEM圖片，能看出CU納米棒表面被一層Ni2(OH)2CO3納米片均勻包覆。圖3為CUN1-2多級(jí)納米陣列電極的SEM圖片，此時(shí)Ni2(OH)2CO3納米片上開(kāi)始出現(xiàn)規(guī)整的納米晶須。圖4為CUN1-3多級(jí)納米陣列電極的SEM圖片，Ni2(OH)2CO3納米晶須密度更大。圖5為CUN1-3納米森林陣列電極的TEM圖片，可以清晰地看出，一層超薄的Ni2(OH)2CO3納米片均勻的包裹著CU納米棒陣列。圖6為CU、CUN1-l、CUN1-2及CUN1-3多級(jí)納米陣列電極在三電極測(cè)試過(guò)程中的恒電流充放電曲線(xiàn)圖，其中，CUN1-3納米陣列電極的放電時(shí)間最長(zhǎng)，展示出最大的比電容值。圖7為CU、CUN1-l、CUN1-2&CUN1-3#級(jí)納米陣列電極在三電極測(cè)試過(guò)程中的循環(huán)伏安曲線(xiàn)圖，CUN1-3納米陣列電極的矩形面積最大，預(yù)示著最佳的電容性能。圖8為0]、0^1-1、0^1-2及0^1-3多級(jí)納米陣列電極在兩電極測(cè)試的恒電流充放電曲線(xiàn)圖，驗(yàn)證著三電極的結(jié)果。圖9為CU、CUN1-l、CUN1-2&CUN1-3#級(jí)納米陣列電極的面電容值比較圖，CUN1-3多級(jí)納米陣列電極的面電容值達(dá)到0.6F cm-1,比其它電極高。圖10為⑶、CUN1-1 XUN1-2及⑶N1-3多級(jí)納米陣列電極的交流阻抗譜圖，CUN1-3多級(jí)納米陣列電極對(duì)應(yīng)的譜圖低頻區(qū)半圓的半徑最小，高頻區(qū)直線(xiàn)的斜率最大，展現(xiàn)了最小的電子傳遞阻值，致使CUN1-3多級(jí)納米陣列電極擁有最優(yōu)異的電化學(xué)性能。
[0048]實(shí)施例2
[0049]將處理好的泡沫銅(IX3cm2)分別在稀鹽酸、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲5分鐘，在空氣中干燥。配制2M氫氧化鈉溶液和0.2M過(guò)硫酸銨溶液，各取1ml于燒杯中，攪拌均勻。將洗凈的泡沫銅浸入上述混合溶液中，適時(shí)振蕩燒杯，在室溫下反應(yīng)9min。待泡沫銅表面顏色變?yōu)闇\藍(lán)色，取出樣品，并用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。然后配制2mM的六水合硝酸鎳溶液和4mM的尿素溶液，各取1ml于20ml反應(yīng)爸中，將上述干燥的樣品置于混合溶液中。接著將反應(yīng)釜在烘箱中加熱到100°C，5h后取出樣品(即電極)，用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。配制體積為20ml濃度為20mM的氫氧化鋰溶液，在80°C下溶解2g聚乙烯醇，不斷攪拌至溶液透明。取兩片多級(jí)納米陣列電極浸在上述氫氧化鋰/聚乙烯醇溶液中，5min后取出，在室溫下干燥12h后將兩片多級(jí)納米陣列電極組裝成超級(jí)電容器。
[0050]實(shí)施例3
[0051 ]將處理好的泡沫銅(I X3cm2)分別在稀鹽酸、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲5分鐘，在空氣中干燥。配制2M氫氧化鈉溶液和0.2M過(guò)硫酸銨溶液，各取1ml于燒杯中，攪拌均勻。將洗凈的泡沫銅浸入上述混合溶液中，適時(shí)振蕩燒杯，在室溫下反應(yīng)12min。待泡沫銅表面顏色變?yōu)闇\藍(lán)色，取出樣品，并用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。然后配制2mM的六水合硝酸鎳溶液和4mM的尿素溶液，各取1ml于20ml反應(yīng)爸中，將上述干燥的樣品置于混合溶液中。接著將反應(yīng)釜在烘箱中加熱到100°C，5h后取出樣品(SP電極)，用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。配制體積為 20ml濃度為20mM的氫氧化鋰溶液，在80 °C下溶解2g聚乙烯醇，不斷攪拌至溶液透明。取兩片電極浸在上述氫氧化鋰/聚乙烯醇溶液中，5min后取出，在室溫下干燥12h后將兩片多級(jí)納米陣列電極組裝成超級(jí)電容器。
[0052] 實(shí)施例4[〇〇53]將處理好的泡沫銅(IX3cm2)分別在稀鹽酸、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲5分鐘，在空氣中干燥。配制2M氫氧化鈉溶液和0.2M過(guò)硫酸銨溶液，各取10ml于燒杯中，攪拌均勻。將洗凈的泡沫銅浸入上述混合溶液中，適時(shí)振蕩燒杯，在室溫下反應(yīng)15min。待泡沫銅表面顏色變?yōu)闇\藍(lán)色，取出樣品，并用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。然后配制2mM的六水合硝酸鎳溶液和4mM的尿素溶液，各取10ml于20ml反應(yīng)爸中，將上述干燥的樣品置于混合溶液中。接著將反應(yīng)釜在烘箱中加熱到l〇〇°C，5h后取出樣品(即電極)，用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。配制體積為 20ml濃度為20mM的氫氧化鋰溶液，在80 °C下溶解2g聚乙烯醇，不斷攪拌至溶液透明。取兩片電極浸在上述氫氧化鋰/聚乙烯醇溶液中，5min后取出，在室溫下干燥12h后將兩片多級(jí)納米陣列電極組裝成超級(jí)電容器。
[0054]實(shí)施例5
[0055]將處理好的泡沫銅(1 X 3cm2)分別在稀鹽酸、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲5分鐘，在空氣中干燥。配制2M氫氧化鈉溶液和0.2M過(guò)硫酸銨溶液，各取10ml于燒杯中，攪拌均勻。將洗凈的泡沫銅浸入上述混合溶液中，適時(shí)振蕩燒杯，在室溫下反應(yīng)15min。待泡沫銅表面顏色變?yōu)闇\藍(lán)色，取出樣品，并用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。然后配制2mM的六水合硝酸鎳溶液和4mM的尿素溶液，各取10ml于20ml反應(yīng)爸中，將上述干燥的樣品置于混合溶液中。接著將反應(yīng)釜在烘箱中加熱到l〇〇°C，4h后取出樣品(即電極)，用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。配制體積為 20ml濃度為20mM的氫氧化鋰溶液，在80 °C下溶解2g聚乙烯醇，不斷攪拌至溶液透明。取兩片電極浸在上述氫氧化鋰/聚乙烯醇溶液中，5min后取出，在室溫下干燥12h后將兩片多級(jí)納米陣列電極組裝成超級(jí)電容器。
[0056]實(shí)施例6[〇〇57]將處理好的泡沫銅(1 X 3cm2)分別在稀鹽酸、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲5分鐘，在空氣中干燥。配制2M氫氧化鈉溶液和0.2M過(guò)硫酸銨溶液，各取10ml于燒杯中，攪拌均勻。將洗凈的泡沫銅浸入上述混合溶液中，適時(shí)振蕩燒杯，在室溫下反應(yīng)15min。待泡沫銅表面顏色變?yōu)闇\藍(lán)色，取出樣品，并用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。然后配制2mM的六水合硝酸鎳溶液和4mM的尿素溶液，各取10ml于20ml反應(yīng)爸中，將上述干燥的樣品置于混合溶液中。接著將反應(yīng)釜在烘箱中加熱到l〇〇°C，6h后取出樣品(即電極)，用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。配制體積為 20ml濃度為20mM的氫氧化鋰溶液，在80 °C下溶解2g聚乙烯醇，不斷攪拌至溶液透明。取兩片電極浸在上述氫氧化鋰/聚乙烯醇溶液中，5min后取出，在室溫下干燥12h后將兩片多級(jí)納米陣列電極組裝成超級(jí)電容器。
[0058] 實(shí)施例7[〇〇59]將處理好的泡沫銅(IX3cm2)分別在稀鹽酸、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲5分鐘，在空氣中干燥。配制2M氫氧化鈉溶液和0.2M過(guò)硫酸銨溶液，各取1ml于燒杯中，攪拌均勻。將洗凈的泡沫銅浸入上述混合溶液中，適時(shí)振蕩燒杯，在室溫下反應(yīng)15min。待泡沫銅表面顏色變?yōu)闇\藍(lán)色，取出樣品，并用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。然后配制2mM的六水合硝酸鎳溶液和4mM的尿素溶液，各取1ml于20ml反應(yīng)爸中，將上述干燥的樣品置于混合溶液中。接著將反應(yīng)釜在烘箱中加熱到IlOtC，5h后取出樣品(SP電極)，用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。配制體積為20ml濃度為20mM的氫氧化鋰溶液，在80 °C下溶解2g聚乙烯醇，不斷攪拌至溶液透明。取兩片電極浸在上述氫氧化鋰/聚乙烯醇溶液中，5min后取出，在室溫下干燥12h后將兩片多級(jí)納米陣列電極組裝成超級(jí)電容器。
[0060]實(shí)施例8
[0061]將處理好的泡沫銅(IX3cm2)分別在稀鹽酸、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲5分鐘，在空氣中干燥。配制2M氫氧化鈉溶液和0.2M過(guò)硫酸銨溶液，各取1ml于燒杯中，攪拌均勻。將洗凈的泡沫銅浸入上述混合溶液中，適時(shí)振蕩燒杯，在室溫下反應(yīng)15min。待泡沫銅表面顏色變?yōu)闇\藍(lán)色，取出樣品，并用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。然后配制2mM的六水合硝酸鎳溶液和4mM的尿素溶液，各取1ml于20ml反應(yīng)爸中，將上述干燥的樣品置于混合溶液中。接著將反應(yīng)釜在烘箱中加熱到120°C，5h后取出樣品(SP電極)，用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。配制體積為20ml濃度為20mM的氫氧化鋰溶液，在80 °C下溶解2g聚乙烯醇，不斷攪拌至溶液透明。取兩片電極浸在上述氫氧化鋰/聚乙烯醇溶液中，5min后取出，在室溫下干燥12h后將兩片多級(jí)納米陣列電極組裝成超級(jí)電容器。
[0062]實(shí)施例9
[0063]將處理好的泡沫銅(IX3cm2)分別在稀鹽酸、無(wú)水乙醇、去離子水中超聲5分鐘，在空氣中干燥。配制2M氫氧化鈉溶液和0.2M過(guò)硫酸銨溶液，各取1ml于燒杯中，攪拌均勻。將洗凈的泡沫銅浸入上述混合溶液中，適時(shí)振蕩燒杯，在室溫下反應(yīng)15min。待泡沫銅表面顏色變?yōu)闇\藍(lán)色，取出樣品，并用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。然后配制2mM的六水合硝酸鎳溶液和4mM的尿素溶液，各取1ml于20ml反應(yīng)爸中，將上述干燥的樣品置于混合溶液中。接著將反應(yīng)釜在烘箱中加熱到100°C，5h后取出樣品(SP電極)，用無(wú)水乙醇和去離子水交替洗滌，置于真空干燥箱，在60°C下干燥5h。配制體積為20ml濃度為20mM的氫氧化鋰溶液，在80 °C下溶解2g聚乙烯醇，不斷攪拌至溶液透明。取兩片電極浸在上述氫氧化鋰/聚乙烯醇溶液中，5min后取出，在室溫下干燥4h后將兩片多級(jí)納米陣列電極組裝成超級(jí)電容器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器Cu(OH)2ONi2(OH)2CO3(CUNI)多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于: (1)將處理過(guò)的泡沫銅置于氫氧化鈉和過(guò)硫酸銨的溶液中反應(yīng)，得到垂直生長(zhǎng)在泡沫銅基底上的Cu(0H)2(⑶)納米棒陣列； (2)將步驟(I)所得⑶納米棒陣列清洗干凈后，置于真空干燥箱中真空干燥； (3)將步驟(2)所得到的CU納米棒陣列在六水合硝酸鎳及尿素的溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，獲得CUNI多級(jí)結(jié)構(gòu)的陣列電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述泡沫銅的處理方法指的是:依次在稀鹽酸，無(wú)水乙醇和去離子水中超聲5分鐘，然后在空氣中干燥。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法:步驟(I)中所述的氫氧化鈉溶液的濃度為1.0-10.0 M，過(guò)硫酸錢(qián)的濃度為0.05-5.0M;氫氧化鈉和過(guò)硫酸錢(qián)的溶液總體積為10-100 ml。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的反應(yīng)溫度為10-80 °C，反應(yīng)時(shí)間為1-60 min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的真空干燥溫度為20-50 °C，時(shí)間為2-12 h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:步驟(3 )中所述的六水合硝酸鎳的濃度為1-15 mmo I，尿素的濃度為1-50mmol ；六水合硝酸鎳及尿素的溶液總體積為20 ml。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(3)中所述的反應(yīng)溫度為100-220 °C，反應(yīng)時(shí)間為4-12 ho8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:基于所得的CUNI多級(jí)納米陣列電極組裝柔性固態(tài)超級(jí)電容器的方法為:將步驟(3)得到的兩片電極材料涂上一層由氫氧化鋰和聚乙烯醇組成的聚合物凝膠電解液，置于烘箱中干燥，組裝成對(duì)稱(chēng)性超級(jí)電容器，即可。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種柔性固態(tài)超級(jí)電容器CUNI多級(jí)納米陣列電極的制備方法，其特征在于:所述的氫氧化鋰的濃度為1-50 mmol，聚乙烯醇的質(zhì)量為0.1-2.0 g，聚合物凝膠電解液總體積為1-20 ml ο
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK105990044SQ201610037445
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年1月20日
【發(fā)明人】李士闊, 朱勝
【申請(qǐng)人】安徽大學(xué)