一種制備Ni-Co-O超級電容器復合材料的裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于能源材料制備技術領域，其產品的應用則可歸屬于材料科學與工程， 具體涉及制備Ni-Co-O超級電容器復合材料的裝置和方法。
【背景技術】
[0002] 超級電容器技術的發展核心是電極材料，包括碳材料、金屬氧化物及復合材料等。 但碳基材料的比電容普遍較低。貴金屬RuO2雖然具有相當優異的電化學性能，其比電容可 以達到768F/g，但由于釕金屬資源有限、價格高昂且對環境有污染，限制了其在實際中廣 泛的應用。過渡賤金屬氧化物已經被當作可代替RuO2的下一代超級電容電極材料來進行 研宄，但是單一賤金屬氧化物（Mn02、Ni0、Co304等）電極材料的電化學性能也普遍不高，大多 介于200-600F/g之間。所以尋找價格低廉、環境友好、性能優異的電極材料是當今亟待解 決的問題。
[0003] 因此，復合材料正受到越來越多的重視。雖然目前制備的單一NiO與Co3O4電極材 料的比電容不是很高，但是Co3O4的理論比電容可達3650F/g，NiO的理論比電容可達2584 F/g，如果把兩者進行摻雜，將可能通過協同作用來獲得高比電容的復合材料。早在2002年 Hu等就提出把Co2+加入到鎳的氧化物，以提高材料的比電容與循環性，從而把比電容提高 到了 730F/g。Chang等用無模板法在水熱條件下合成了Ni-Co-O復合材料，在4A/g的電 流密度下其比電容高達1560F/g。可見Ni-Co-O復合材料已顯示出優良的電化學性能，將 會是一種非常有潛力的超級電容器電極材料。
[0004] Ni-Co-O復合材料的制備方法主要有溶膠-凝膠法、水熱法與電沉積法等。溶 膠-凝膠法雖然制備的氧化物粉末顆粒較小，但是其制備過程復雜、制備周期長，以及常常 需加入一些有毒的有機溶劑，所以不適合工業化大生產。水熱法制備的產物純度高、分散性 好、晶型好且可控，但是其設備要求高、成本高、能耗大等限制了其實際中的應用。電沉積法 可以通過改變電沉積參數精確控制薄膜的結構與厚度以獲得高性能，但其產量少、影響工 藝參數太多、對裝置的要求比較高。
[0005] 撞擊流（Impinging Stream)最早是在1961年由前蘇聯科學家Elperin提出的。 撞擊流的最初設想是由氣-固兩相流相向流動撞擊，由于氣-固兩相的相間傳遞作用，從而 強化了混合。隨著撞擊流的發展，Gaddis等人研宄了氣-液兩相的撞擊，得出氣體循環量 和氣速對撞擊流的傳質具有重要影響的結論，接著Mahajan等人研宄了液-液連續相撞擊 流的微觀混合作用，隨后研宄者對撞擊流的應用范圍進行了補充，根據相撞流體的特性，氣 體連續相撞擊流（GIS)和液體連續相撞擊流（LIS)都屬于撞擊流的流相范圍。Tamir等對 撞擊流進行了大量的研宄，證實了撞擊流確實能夠實現混合/傳遞過程強化。Amar jit研宄 了自由撞擊流反應器（TIJ)混合性能的影響因素，認為其微觀混合時間小于65 ms。Brian 提出了一種空間受限的撞擊流反應器（CIJR)，并研宄了其微觀混合性能，指出該撞擊流反 應器的微觀混合時間小于9. 5 ms。本發明在單級微撞擊流反應器的基礎上進行拓展，構建 二級微撞擊流反應器并應用其制備復合材料，不僅可使各組分混合均勻、反應完全，而且操 作簡單、環境友好且可連續生產。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種可用于制備Ni-Co-O超級電容 器復合材料的裝置。本發明的另一目的在于提供一種顆粒尺寸小、電容性能較好的超級電 容器材料的制備方法。
[0007] 本發明采用如下技術方案：一種制備高性能Ni-Co-O復合超級電容器材料的裝 置，其包括三個用于存放反應液的儲液槽和分別與儲液槽相連的平流泵，兩個T型三通通 過毛細管與三臺平流泵相連接，反應器出口設置出口管，所述裝置為二級微撞擊流反應器， 兩股溶液先在一級T型三通內進行預混合，再與第三股溶液在二級T型三通內進行反應。
[0008] 在本發明的一個優選實施方式中，其特征在于微通道的內徑為0.6-3mm。
[0009] 在本發明的一個優選實施方式中，其特征在于反應器的入口流速可調節，流速范 圍介于 30-80mL/min。
[0010] 本發明還涉及采用上述裝置來制備Ni-C0-O超級電容器復合材料的方法，將含鎳 的鹽溶液和含鈷的鹽溶液通過一個三通連接器預混合后，再與沉淀劑在二級T型微通道中 共沉淀合成其前驅體，煅燒得到Ni-Co-O復合材料。
[0011] 在本發明的一個優選實施方式中，在二級微撞擊流反應器中反應得到的懸濁液的 pH為8-11，所述的煅燒溫度為200-400 °C，煅燒時間為2-4h。
[0012] 在本發明的一個優選實施方式中，Ni2+與Co2+的摩爾比為1:1-4:1。
[0013] 在本發明的一個優選實施方式中，所述沉淀劑選自氨水或尿素。
[0014] 本發明的另一方面還涉及使用上述方法所制備得到的Ni-Co-O超級電容器復合 材料，顆粒大小為50-100nm，其完全激活后比電容高達2074. 5F/g。
[0015] 相比于現有技術，本發明具有如下的有益效果： 1、對于三元材料的合成反應，先在一級三通連接器中預混，再在二級三通連接器中反 應，能夠強化組分的混合效果，使各組分混合均勻，獲得一種顆粒小、高比電容的Ni-Co-O 復合材料。
[0016] 2、該方法具有工藝簡單、控制精度高、可連續生產等眾多優勢，具有良好的工業化 前景。
【附圖說明】
[0017] 圖1:本發明所采用的二級微撞擊流反應器裝置的示意圖：其中1為儲液槽A、B和 C，2為平流泵，3、4為三通連接器（3為預混合器，4為微撞擊流反應器)，5為接收器； 圖2 :本發明所采用的二級微撞擊流反應器裝置的實物圖； 圖3 :實施例1的Ni-Co-O復合材料的掃描電鏡圖； 圖4:實施例2的Ni-Co-O復合材料的掃描電鏡圖； 圖5:實施例3的Ni-Co-O復合材料的掃描電鏡圖； 圖6 :Ni-C〇-0復合材料的恒流充放電循環壽命圖：(a)實施例I; (b)實施例2。【具體實施方式】
[0018] 下面將進一步結合附圖與實施例對本發明進行闡述。
[0019] 實施例1 : (1)稱取1.978的附504 61120與0.73 8的(：〇(吣3)2_61120溶于去離子水中，配制100 1^ 0.Imol/L的Ni2+:Co2+=3:1的反應液A。量取2mL的濃氨水，稀釋至100mL，配制成0. 25 mol/L的氨水作為沉淀劑B，分別移入兩儲液槽中。
[0020] (2)接通電源，分別設置兩泵的流速為80mL/min，且T型三通的管徑為0.6m