[發明專利]一種超級電容器用四氧化三鈷納米材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110453871.5
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102531070A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 李峰;肖元化;劉少軍;張永輝;張愛勤;盧靈珍;趙繼紅
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 張紹琳;孫詩雨

技術領域

本發明涉及一種超級電容器用四氧化三鈷納米材料及其制備方法，屬于無機非金屬材料領域。

背景技術

隨著社會經濟的發展，人們對綠色能源和生態環境越來越關注。超級電容器作為一種新型儲能器件，日益受到重視。與目前廣泛使用的各種儲能器件相比，超級電容器電荷存儲能力遠高于物理電容器，充放電速度和效率又優于一次或二次電池。?此外，超級電容器還具有對環境無污染、循環壽命長、使用溫度范圍寬、安全性高等特點。超級電容器技術的發展核心是電極材料。?目前，碳材料、金屬氧化物和導電聚合物三類材料都可以作為超級電容器電極材料，其中又以金屬氧化物以其高容量與高穩定性而備受關注。

Co₃O₄?作為性能優良，價格低廉的超級電容器材料，近年來不斷吸引著大家的研究興趣。為了進一步提高該材料的比容量，納米技術作為新興的提高能源材料儲能效率的有效手段不斷應用于該類材料的制備中，同時由于納米材料結構對性能的巨大影響作用，各種結構的Co3O4納米材料也被制備出來。例如最近報道的通過電沉積制備的具有類菱形結構Co₃O₄薄膜在5mA?cm^-2?的充放電情況下，展示了235?F/g?的比容量?(Materials?Research?Bulletin?2011，46?48–51)，通過水熱法制備的具有高比例暴露高能面的Co₃O₄納米片，在1A/g的充放電條件下，展示了176.8?F/g?的比容量?(Nano?Res.?2011,?4,?695–704)。而低維納米材料因其具備高表面活性，往往容易發生團聚而降低材料的性能應用，在這種情況下，同時具有微米納米結構優勢的三維分級結構材料將具備克服以上劣勢的優點，同時在儲能應用領域還具備諸多優勢，如高效的離子擴散等。而目前關于一維納米結構組裝的海膽狀Co₃O₄微球的制備及其在電化學性能方面的應用，尚未見有報道，而這種兼具一維與三維納米結構優勢的材料必定在儲能及其其他領域擁有巨大的應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種超級電容器用四氧化三鈷納米材料及其制備方法，該四氧化三鈷納米球為海膽狀三維分級結構，形狀大小均一，分散性好，不易團聚，電化學性能優越。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的超級電容器用四氧化三鈷納米材料，所述的電極材料為三維分級結構四氧化三鈷海膽狀納米球，粒徑為7-15μm，四氧化三鈷海膽狀納米球由鏈狀四氧化三鈷納米線組裝而成。

本發明的的超級電容器用四氧化三鈷納米材料的制備方法，反應體系為乙二醇與水的混合溶液，原料為葡萄糖和硝酸鈷，具體步驟是：

（a）稱取0.5-2.5g六水合硝酸鈷，加入10-30mL的蒸餾水攪拌分散10-30分鐘；

（b）量取一定體積的乙二醇加入上述溶液中，加入乙二醇體積與上述溶液體積比在1：5~3:1之間；

（c）將一定量的葡萄糖溶解到上述溶液中，要求葡萄糖的濃度為0.05~0.50?mol/L；

（d）將上述溶液置于空氣中，室溫下磁力攪拌30~50分鐘；

（e）將步驟（d）得到的混合溶液放入具有聚四氟乙烯內膽的高壓釜中密封，于120-200℃下恒溫10-30小時；產物經蒸餾水與無水乙醇各洗滌3次，75-85℃真空干燥10-14h；

（f）將干燥的產物，250-400℃馬弗爐中煅燒2-5?h，即得到三維分級結構四氧化三鈷海膽狀納米球。

本發明的三維分級結構四氧化三鈷納米球具有較高的穩定性，均勻的粒徑分布，分散性好，不易團聚，三維結構孔隙有利于電解液擴散的特點，因此該材料有望在催化、鋰電、超級電容器等領域擁有廣泛的應用。

本發明的制備方法，操作簡單，產量高，成本低，無污染。該四氧化三鈷材料用于超級電容器電極材料時，在大電流充放電情況下能夠保持較高的比容量，有優異的循環性能，再依次增加的電流密度測試條件下具有良好的穩定性，當電流密度為0.5A/g時，其比容量能夠達到781F/g；當電流密度增加至8A/g時，其比容量仍能夠達到611?F/g。

附圖說明

圖1為實施例1制備的納米材料的粉末XRD衍射圖譜。

圖2為實施例1制備的材料的場發射掃描電鏡圖片。