利用鍍鎳廢液和廢電池石墨制取超級電容器材料
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最近,合肥工業大學化學工程系以廢舊鋰電池中石墨和化學鍍鎳廢液為主要原料,通過尿素水解法制備了氧化石墨烯/鎳鋁雙羥基復合金屬氧化物復合材料(GO/NiAI-LDHs)。該材料顯示出相當好的超級電…
最近,合肥工業大學化學工程系以廢舊鋰電池中石墨和化學鍍鎳廢液為主要原料,通過尿素水解法制備了氧化石墨烯/鎳鋁雙羥基復合金屬氧化物復合材料(GO/NiAI-LDHs)。該材料顯示出相當好的超級電容器材料性能,有望獲得較好的應用前景。重要的是,該工作同時回收鎳和石墨,具有重要的環保意義,因為鍍鎳廢液含有大量的鎳離子,而鎳是一種致癌的亞貴金屬資源,有效回收再利用其中的重金屬鎳資源,既有經濟價值又有環保意義;另一方而,大量使用的鋰動力電池也面臨著廢舊鋰電池的回收問題,除了回收正極材料以外,廢棄的負極石墨也會造成環境問題和能源的浪費,但這方面的回收利用工作還少有報道。
他們將廢舊鋰電池的負極片在鹽酸溶液中超聲溶解,過濾溶液后得到石墨沉淀物。經改性處理,反復清洗,離心后得到氧化石墨,超聲分散于去離子水中,制得分散的氧化石墨烯水溶液。在這種氧化石墨烯水溶液中依次加入硝酸鋁、化學鍍鎳廢液和過氧化氫,將此混合溶液在35℃油浴中不斷攪拌,再緩慢地加入尿素,然后升溫至75℃進行反應,待自然冷卻至室溫后抽濾,經醇洗、水洗,最后于50℃下真空干燥,獲得了氧化石墨烯與鎳鋁雙羥基復合金屬氧化物的復合材料。他們將所獲材料制成電性能測試電極,其方法是:按質量比為80:15:5的比例稱取所獲復合材料、炭黑及聚偏氟乙烯,混合均勻后超聲分散于無水乙醇中,接著均勻涂于泡沫鎳表面,在50℃下真空干燥制得復合材料電極。
檢測表明,所獲復合材料具有明顯的層狀結構,且表面形成大量的微孔結構,鎳鋁雙羥基復合金屬氧化物與氧化石墨烯相互重疊生成網狀的納米片,這種開放的網絡結構暴露出大量的電化學活性位點,為電解質在活性復合材料與集流體之間的快速傳遞提供優越的條件。
電性能測試表明,該復合材料的比電容達到1184.3F/g,是單純氧化石墨烯比電容的3倍以上,這主要是因為該復合材料具有特殊的網狀結構和鎳鋁雙羥基復合金屬氧化物的膺電容所致。石墨烯的引入有效地避免了鎳鋁雙羥基復合金屬氧化物之間的團聚,并且兩者之間相互交織形成具有特殊微孔結構的納米層狀物,一方面,復合材料表面裸露出大量的電化學活性位點會產生更高的比電容,另一方而,復合材料表面的特殊結構,有利于其在充/放電循環測試中起著良好的緩沖作用。一般來說,比電容隨電流密度的增大而減小,這是由于在高電流密度下,活性材料內部的電化學活性位點不能夠充分地與電解液接觸發生氧化還原反應。但當電流密度達到10A/g時,所獲復合材料的比電容仍可達896.8F/g,具有較好的充/放電穩定性。而且,經過200次充/放電循環后,該復合材料的比電容仍保持在98%以上,表明該復合材料具有較好的循環穩定性。
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