一种聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极及其制备方法技术领域
本发明属于电化学超级电容器新能源领域，具体涉及到一种聚吡咯/氢氧化镍/泡
沫镍一体化电极的制备并对其电化学性能进行测试。
背景技术
当今社会，随着化石能源的生产和利用所带来的环境问题日益加剧，开发新型的
能源存储与利用器件是可再生新能源利用的关键，超级电容器便是其中之一。碳材料、金属
氧化物/氢氧化物和导电高分子是三类重要的超级电容器电极材料。比表面积是超级电容
器电极材料的一个很重要的性能指标，大的比表面积能够在充放电时提供更多的活性位点
进而加快电荷的迁移,达到更高的双电层电容，因此将材料纳米化可以显著提高材料的储
存电荷能力与利用效率。氢氧化镍作为过渡金属化合物，它具有较高的理论电容、独特的形
貌结构、成本低以及合成方便的优点。但是固有的两个缺陷：循环性能差和导电性差导致了
其单独作为超级电容器电极材料时性能不尽如人意。将Ni(OH)2与其它材料进行复合获得
性能优异的复合材料是改善策略之一。例如，文献(Zhang J,Kong L B,Cai J J,et
al.Hierarchically porous nickel hydroxide/mesoporous carbon composite
materials for electrochemical capacitors[J].Microporous and Mesoporous
Materials,2010,132(1):154-162.)中在镍氢氧化物中引进介孔碳可以制备出氢氧化镍/
介孔碳复合材料，其电荷迁移阻力明显减小，导致材料在电流密度为5mA cm-2时比电容极
高。聚吡咯作为一种导电高分子，其不仅具有一定的赝电容，而且有良好的导电性。将聚吡
咯与其它材料进行复合制备出导电性能良好的复合材料，既能够克服单一材料本身的缺点
也能够使两种材料产生协同作用，互相促进以获得杰出的电化学性能。例如，文献(Sharma
R K,Rastogi A C,Desu S B.Manganese oxide embedded polypyrrole nanocomposites
for electrochemical supercapacitor[J].Electrochimica Acta,2008,53(26):7690-
7695.)中先合成链状聚吡咯，然后将二氧化锰嵌入到聚吡咯中形成二氧化锰/聚吡咯材料，
这种复合材料具有远大于单一材料的比电容。因此，制备高性能复合电极材料是新一代超
级电容器发展的一个趋势。
发明内容
本发明的目的是通过简便绿色环保的方法制备出一种聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍
一体化电极，并用于超级电容器。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极，
聚吡咯和氢氧化镍在泡沫镍上的总负载量为0.9％～1.4％，聚吡咯与氢氧化镍的质量比为
1：3～2：1。
一种聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极制备方法，包括如下步骤：
步骤1，恒温水浴下，将经过预处理的泡沫镍基底浸入乙酸镍的乙醇溶液中；
步骤2，将步骤1所得基底煅烧；
步骤3，重复步骤1至步骤2多次；
步骤4，配制硝酸镍和六亚甲基四胺的混合水溶液，并将步骤3所得基底浸入溶液，
水热反应，反应完冷却后取出基底洗涤干燥；
步骤5，将对甲苯磺酸溶解于无水乙醇中，然后加入吡咯单体搅拌形成溶液A，将过
硫酸铵加入去离子水中溶解形成溶液B；
步骤6，将步骤4所得基底平放与表面皿中，用移液枪依次取等量溶液A和溶液B均
匀滴加到基底上；
步骤7，将步骤6所得基底在黑暗条件下反应，反应完后洗涤干燥，得到聚吡咯/氢
氧化镍/泡沫镍一体化电极。
进一步的，步骤1中，乙酸镍的乙醇溶液的浓度为18mmol L-1。
进一步的，步骤1中，恒温水浴温度为60±10℃，时间为45min以上。
进一步的，步骤2中，煅烧温度为275±10℃，时间为30～40min，升温速率为2℃
min-1。
进一步的，步骤3中，重复次数不小于2次。
进一步的，步骤4中，硝酸镍和六亚甲基四胺的摩尔比为1：2～2：1；水热反应温度
为120±10℃，反应时间为18～20h，干燥温度为60±10℃，干燥时间为24h以上。
进一步的，步骤5中，溶液A中对甲苯磺酸的浓度为0.04mol L-1，吡咯单体的浓度为
0.025～0.15mol L-1；溶液B中过硫酸铵的浓度为0.0263mol L-1。
进一步的，步骤6中，用移液枪依次取0.11ml～0.13ml等量的溶液A和溶液B均匀滴
加到基底上。
进一步的，步骤7中，反应时间为18～20h，干燥温度为60±10℃，干燥时间为24h以
上。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)成功制备出了聚吡咯/氢氧化镍/泡沫
镍这种一体化电极；(2)合成方法方便快捷、绿色环保；(3)电极材料形貌良好可控，氢氧化
镍为纳米片状且聚吡咯为纳米颗粒状；(4)这种一体化电极具有优良的电化学性能。
附图说明
附图1是本发明实施实例3所制备的聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极的X-射
线衍射图谱；
附图2是本发明实施实例3所制备的聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极的红外
吸收光谱图；
附图3是本发明实施实例3所制备的聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极的扫描
电镜图；
附图4是本发明实施实例2-4、6、7所制备的聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极
的电化学性能测试图：扫描速率为10mV s-1时的循环伏安特性曲线(a)、电流密度为4A g-1
下的恒电流充放电曲线(b)、交流阻抗测试曲线(c)以及材料的比电容对比图(d)。
具体实施方式
下面通过实施实例进一步说明本发明。本实施实例可以使本专业技术人员更全面
的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下面结合实施实例与附图对一种聚吡咯/氢氧
化镍/泡沫镍一体化电极及其制备方法做进一步说明，本发明由以下步骤制备而得：
第一步，称取0.1792g六水合乙酸镍加入40ml乙醇中，搅拌溶解；
第二步，将经过预处理的干净的泡沫镍基底浸入步骤2所得溶液中，在60℃下恒温
水浴45min；
第三步，将第二步所得在管式炉中煅烧，煅烧温度为275℃、时间为30min、升温速
率为2℃min-1；
第四步，重复第一步至第三步2次；
第五步，将六水合硝酸镍和六亚甲基四胺加入50ml去离子水中形成混合溶液，并
将第四步所得基底浸入该溶液；
第六步，将第五步溶液转移到水热反应釜中，在120℃下反应18h，反应完冷却后取
出基底洗涤，在60℃烘箱中干燥24h；
第七步，0.228g对甲苯磺酸溶解于30ml无水乙醇中然后加入吡咯单体磁力搅拌
10min形成溶液A，将0.12g过硫酸铵加入20ml去离子水中溶解形成溶液B，其中溶液A的吡咯
单体浓度为0.025mol L-1～0.15mol L-1；
第八步，将第六步所得基底平放于表面皿中，用移液枪先后取等量0.12ml溶液A和
溶液B均匀滴加到基底上；
第九步，将第八步所得基底在黑暗条件下反应18h，反应完后用去离子水和乙醇洗
涤多次并在60℃烘箱中干燥24h。最终得到聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极。
电极的电化学性能测试是直接利用CHI760C型电化学工作站对聚吡咯/氢氧化镍/
泡沫镍这种一体化电极进行测试。其中工作电极为制备的聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化
电极、对电极为铂片、参比电极为饱和甘汞电极、测试电解液为6mol L-1的KOH溶液。测试手
段为循环伏安法、恒电流充放电测试以及交流阻抗测试。
实施实例1：
第一步，称取0.1792g六水合乙酸镍加入40ml乙醇中，搅拌溶解；
第二步，将经过预处理的干净的泡沫镍基底浸入步骤2所得溶液中，在60℃下恒温
水浴45min；
第三步，将第二步所得在管式炉中煅烧，煅烧温度为275℃、时间为30min、升温速
率为2℃min-1；
第四步，重复第一步至第三步2次；
第五步，将0.0873g六水合硝酸镍和0.0845g六亚甲基四胺加入50ml去离子水中形
成混合溶液，并将第四步所得基底浸入该溶液；
第六步，将第五步溶液转移到水热反应釜中，在120℃下反应18h，反应完冷却后取
出基底洗涤，在60℃烘箱中干燥24h；
第七步，0.228g对甲苯磺酸溶解于30ml无水乙醇中然后加入0.053ml吡咯单体磁
力搅拌10min形成溶液A，将0.12g过硫酸铵加入20ml去离子水中溶解形成溶液B；
第八步，将第六步所得基底平放于表面皿中，用移液枪先后取等量0.12ml溶液A和
溶液B均匀滴加到基底上；
第九步，将第八步所得基底在黑暗条件下反应18h，反应完后用去离子水和乙醇洗
涤多次并在60℃烘箱中干燥24h。最终得到聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极，简写为
0.025M-1。
实施实例2：
第一步，称取0.1792g六水合乙酸镍加入40ml乙醇中，搅拌溶解；
第二步，将经过预处理的干净的泡沫镍基底浸入步骤2所得溶液中，在60℃下恒温
水浴45min；
第三步，将第二步所得在管式炉中煅烧，煅烧温度为275℃、时间为30min、升温速
率为2℃min-1；
第四步，重复第一步至第三步2次；
第五步，将0.1745g六水合硝酸镍和0.0845g六亚甲基四胺加入50ml去离子水中形
成混合溶液，并将第四步所得基底浸入该溶液；
第六步，将第五步溶液转移到水热反应釜中，在120℃下反应18h，反应完冷却后取
出基底洗涤，在60℃烘箱中干燥24h；
第七步，0.228g对甲苯磺酸溶解于30ml无水乙醇中然后加入0.053ml吡咯单体磁
力搅拌10min形成溶液A，将0.12g过硫酸铵加入20ml去离子水中溶解形成溶液B；
第八步，将第六步所得基底平放于表面皿中，用移液枪先后取等量0.12ml溶液A和
溶液B均匀滴加到基底上；
第九步，将第八步所得基底在黑暗条件下反应18h，反应完后用去离子水和乙醇洗
涤多次并在60℃烘箱中干燥24h。最终得到聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极，简写为
0.025M。
对实施实例2所制备的一体化电极进行电化学性能测试，如附图4所示，该一体化
电极在2A g-1电流密度下比电容为938F g-1，电流密度为32A g-1时比电容保持率为13.6％。
实施实例3：
第一步，称取0.1792g六水合乙酸镍加入40ml乙醇中，搅拌溶解；
第二步，将经过预处理的干净的泡沫镍基底浸入步骤2所得溶液中，在60℃下恒温
水浴45min；
第三步，将第二步所得在管式炉中煅烧，煅烧温度为275℃、时间为30min、升温速
率为2℃min-1；
第四步，重复第一步至第三步2次；
第五步，将0.1745g六水合硝酸镍和0.0845g六亚甲基四胺加入50ml去离子水中形
成混合溶液，并将第四步所得基底浸入该溶液；
第六步，将第五步溶液转移到水热反应釜中，在120℃下反应18h，反应完冷却后取
出基底洗涤，在60℃烘箱中干燥24h；
第七步，0.228g对甲苯磺酸溶解于30ml无水乙醇中然后加入0.105ml吡咯单体磁
力搅拌10min形成溶液A，将0.12g过硫酸铵加入20ml去离子水中溶解形成溶液B；
第八步，将第六步所得基底平放于表面皿中，用移液枪先后取等量0.12ml溶液A和
溶液B均匀滴加到基底上；
第九步，将第八步所得基底在黑暗条件下反应18h，反应完后用去离子水和乙醇洗
涤多次并在60℃烘箱中干燥24h。最终得到聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极，简写为
0.05M。
附图1和附图2是实施实例3所制备的聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极的X-射
线衍射谱图和红外吸收光谱图，表明泡沫镍基底表面生长了氢氧化镍且通过化学法在基底
上聚合了聚吡咯。
对实施实例3所制备的一体化电极形貌进行表征，如附图3，显示在泡沫镍上生长
的氢氧化镍为纳米片状，且聚吡咯以纳米颗粒的形态生长在氢氧化镍纳米片表面。
对实施实例3所制备的一体化电极进行电化学性能测试，如附图4所示，该一体化
电极在2A g-1电流密度下比电容为2174F g-1，电流密度为32A g-1时比电容保持率为
34.2％。
实施实例4：
第一步，称取0.1792g六水合乙酸镍加入40ml乙醇中，搅拌溶解；
第二步，将经过预处理的干净的泡沫镍基底浸入步骤2所得溶液中，在60℃下恒温
水浴45min；
第三步，将第二步所得在管式炉中煅烧，煅烧温度为275℃、时间为30min、升温速
率为2℃min-1；
第四步，重复第一步至第三步2次；
第五步，将0.1745g六水合硝酸镍和0.0845g六亚甲基四胺加入50ml去离子水中形
成混合溶液，并将第四步所得基底浸入该溶液；
第六步，将第五步溶液转移到水热反应釜中，在120℃下反应18h，反应完冷却后取
出基底洗涤，在60℃烘箱中干燥24h；
第七步，0.228g对甲苯磺酸溶解于30ml无水乙醇中然后加入0.158ml吡咯单体磁
力搅拌10min形成溶液A，将0.12g过硫酸铵加入20ml去离子水中溶解形成溶液B；
第八步，将第六步所得基底平放于表面皿中，用移液枪先后取等量0.12ml溶液A和
溶液B均匀滴加到基底上；
第九步，将第八步所得基底在黑暗条件下反应18h，反应完后用去离子水和乙醇洗
涤多次并在60℃烘箱中干燥24h。最终得到聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极，简写为
0.075M。
对实施实例4所制备的一体化电极进行电化学性能测试，如附图4所示，该一体化
电极在2A g-1电流密度下比电容为1715F g-1，电流密度为32A g-1时比电容保持率为
16.8％。
实施实例5：
第一步，称取0.1792g六水合乙酸镍加入40ml乙醇中，搅拌溶解；
第二步，将经过预处理的干净的泡沫镍基底浸入步骤2所得溶液中，在60℃下恒温
水浴45min；
第三步，将第二步所得在管式炉中煅烧，煅烧温度为275℃、时间为30min、升温速
率为2℃min-1；
第四步，重复第一步至第三步2次；
第五步，将0.3490g六水合硝酸镍和0.0845g六亚甲基四胺加入50ml去离子水中形
成混合溶液，并将第四步所得基底浸入该溶液；
第六步，将第五步溶液转移到水热反应釜中，在120℃下反应18h，反应完冷却后取
出基底洗涤，在60℃烘箱中干燥24h；
第七步，0.228g对甲苯磺酸溶解于30ml无水乙醇中然后加入0.158ml吡咯单体磁
力搅拌10min形成溶液A，将0.12g过硫酸铵加入20ml去离子水中溶解形成溶液B；
第八步，将第六步所得基底平放于表面皿中，用移液枪先后取等量0.12ml溶液A和
溶液B均匀滴加到基底上；
第九步，将第八步所得基底在黑暗条件下反应18h，反应完后用去离子水和乙醇洗
涤多次并在60℃烘箱中干燥24h。最终得到聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极，简写为
0.075M-1。
实施实例6：
第一步，称取0.1792g六水合乙酸镍加入40ml乙醇中，搅拌溶解；
第二步，将经过预处理的干净的泡沫镍基底浸入步骤2所得溶液中，在60℃下恒温
水浴45min；
第三步，将第二步所得在管式炉中煅烧，煅烧温度为275℃、时间为30min、升温速
率为2℃min-1；
第四步，重复第一步至第三步2次；
第五步，将0.1745g六水合硝酸镍和0.0845g六亚甲基四胺加入50ml去离子水中形
成混合溶液，并将第四步所得基底浸入该溶液；
第六步，将第五步溶液转移到水热反应釜中，在120℃下反应18h，反应完冷却后取
出基底洗涤，在60℃烘箱中干燥24h；
第七步，0.228g对甲苯磺酸溶解于30ml无水乙醇中然后加入0.210ml吡咯单体磁
力搅拌10min形成溶液A，将0.12g过硫酸铵加入20ml去离子水中溶解形成溶液B；
第八步，将第六步所得基底平放于表面皿中，用移液枪先后取等量0.12ml溶液A和
溶液B均匀滴加到基底上；
第九步，将第八步所得基底在黑暗条件下反应18h，反应完后用去离子水和乙醇洗
涤多次并在60℃烘箱中干燥24h。最终得到聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极，简写为
0.10M。
对实施实例6所制备的一体化电极进行电化学性能测试，如附图4所示，该一体化
电极在2A g-1电流密度下比电容为1665F g-1，电流密度为32A g-1时比电容保持率为
11.5％。
实施实例7：
第一步，称取0.1792g六水合乙酸镍加入40ml乙醇中，搅拌溶解；
第二步，将经过预处理的干净的泡沫镍基底浸入步骤2所得溶液中，在60℃下恒温
水浴45min；
第三步，将第二步所得在管式炉中煅烧，煅烧温度为275℃、时间为30min、升温速
率为2℃min-1；
第四步，重复第一步至第三步2次；
第五步，将0.1745g六水合硝酸镍和0.0845g六亚甲基四胺加入50ml去离子水中形
成混合溶液，并将第四步所得基底浸入该溶液；
第六步，将第五步溶液转移到水热反应釜中，在120℃下反应18h，反应完冷却后取
出基底洗涤，在60℃烘箱中干燥24h；
第七步，0.228g对甲苯磺酸溶解于30ml无水乙醇中然后加入0.315ml吡咯单体磁
力搅拌10min形成溶液A，将0.12g过硫酸铵加入20ml去离子水中溶解形成溶液B；
第八步，将第六步所得基底平放于表面皿中，用移液枪先后取等量0.12ml溶液A和
溶液B均匀滴加到基底上；
第九步，将第八步所得基底在黑暗条件下反应18h，反应完后用去离子水和乙醇洗
涤多次并在60℃烘箱中干燥24h。最终得到聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极，简写为
0.15M。
对实施实例7所制备的一体化电极进行电化学性能测试，如附图4所示，该一体化
电极在2A g-1电流密度下比电容为694F g-1，电流密度为32A g-1时比电容保持率为20.7％。
实施实例8：
第一步，称取0.1792g六水合乙酸镍加入40ml乙醇中，搅拌溶解；
第二步，将经过预处理的干净的泡沫镍基底浸入步骤2所得溶液中，在60℃下恒温
水浴45min；
第三步，将第二步所得在管式炉中煅烧，煅烧温度为275℃、时间为30min、升温速
率为2℃min-1；
第四步，重复第一步至第三步2次；
第五步，将0.3490g六水合硝酸镍和0.0845g六亚甲基四胺加入50ml去离子水中形
成混合溶液，并将第四步所得基底浸入该溶液；
第六步，将第五步溶液转移到水热反应釜中，在120℃下反应18h，反应完冷却后取
出基底洗涤，在60℃烘箱中干燥24h；
第七步，0.228g对甲苯磺酸溶解于30ml无水乙醇中然后加入0.315ml吡咯单体磁
力搅拌10min形成溶液A，将0.12g过硫酸铵加入20ml去离子水中溶解形成溶液B；
第八步，将第六步所得基底平放于表面皿中，用移液枪先后取等量0.12ml溶液A和
溶液B均匀滴加到基底上；
第九步，将第八步所得基底在黑暗条件下反应18h，反应完后用去离子水和乙醇洗
涤多次并在60℃烘箱中干燥24h。最终得到聚吡咯/氢氧化镍/泡沫镍一体化电极，简写为
0.15M-1。