[發明專利]氫氧化鈷/硫化鉍復合納米線超級電容電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310449521.0
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN103456521A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 李長明;楊歡;謝佳樂
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/24;H01G11/30;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明涉及一種高容量超級電容電極材料的制備方法，特別涉及一種氫氧化鈷/硫化鉍復合納米線超級電容電極材料的制備方法。

背景技術

隨著不可再生資源的消耗和環境污染的加劇，人們對低成本和環境友好型高功率能量源的需求越來越迫切。相比于電池和普通電容，超級電容器具有能夠提供高的功率密度和高的能量密度的特點，但傳統的雙電層超級電容器不能夠提供足夠高的能量密度，相比較而言，法拉第超級電容器是在電極材料表面或體相的二維或準二維空間上，電極活性物質進行欠電位沉積，發生快速、高度可逆的化學吸附／脫附或氧化／還原反應，產生比雙電層電容器更高的比容量。

法拉第超級電容器電極材料目前研究較多的為導電高聚物和金屬氧化物及其氫氧化物，相對于導電高聚物而言，金屬氧化物及其氫氧化物具有更好的電化學穩定性。RuO_x由于其具有高的能量密度、寬的電壓窗口以及高度可逆的氧化還原反應等而成為現在研究的熱點，然而，RuO_x高成本問題限制了其工業應用。因此開發高容量、高穩定性的新型電極材料具有重要意義。同時，電極材料的納米形貌對其電容性能也起著很大的作用，一般體積小、高比表面積的電極材料能夠提供更高的容量。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種氫氧化鈷/硫化鉍復合納米線超級電容電極材料的制備方法，制備的電極材料具有較高的容量、較好的循環穩定性，并且制作簡單、環境友好和使用安全。

本發明的氫氧化鈷/硫化鉍復合納米線超級電容電極材料的制備方法，包括以下步驟：

1）在電極基片上制備一層硫化鉍的晶種層；

2）將步驟1）得到的有晶種層的電極基片在空氣中退火處理；

3）通過水熱反應在步驟2）得到的退火后的電極基片上生長一層硫化鉍的納米線，得到長有硫化鉍納米線的電極基片；

4）將步驟3）得到的長有硫化鉍納米線的電極基片作為工作電極，利用電沉積法在硫化鉍納米線上修飾氫氧化鈷納米片，得到氫氧化鈷/硫化鉍復合納米線超級電容電極材料。

進一步，所述步驟1）中，電極基片為鈦片，先將鈦片打磨和清洗后，再在鈦片上制備一層硫化鉍的晶種層。

進一步，所述步驟1）中，在電極基片上制備硫化鉍晶種層的具體步驟為：將硝酸鉍與硫脲溶解于乙二醇中，然后將所得溶液滴在電極基片上，刮涂均勻后140℃加熱處理5分鐘，即在電極基片上制備出一層硫化鉍的晶種層。

進一步，所述步驟2）中，退火處理的具體參數為：以5℃/分鐘的升溫速率升溫至350℃退火處理2小時。

進一步，所述步驟3）中，通過水熱反應在退火后的電極基片上生長硫化鉍納米線的具體步驟為：將硝酸鉍與硫脲溶解于乙二醇中，然后將所得溶液轉移至放有退火后的電極基片的水熱反應釜中，在140℃下反應10小時，反應結束后取出電極基片，清洗干燥，得到長有硫化鉍納米線的電極基片。

進一步，所述步驟4）中，利用電沉積法在硫化鉍納米線上修飾氫氧化鈷納米片的具體步驟為：將長有硫化鉍納米線的電極基片作為工作電極，鉑片作為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，以硝酸鈷為電解液，在10～90℃下恒定電位沉積50s，沉積結束后取出電極基片，清洗干燥，得到氫氧化鈷/硫化鉍復合納米線超級電容電極材料。

本發明的有益效果在于：

本發明首次利用硫化鉍為超級電容的電極材料，同時利用氫氧化鈷對其形貌進行修飾，所得到的氫氧化鈷/硫化鉍復合納米線材料具有較高的容量（211mF/cm²，在充放電電流密度為0.1mA/cm²）以及較好的循環穩定性（1000次循環后達到初始容量的94%），因此，本發明制備的氫氧化鈷/硫化鉍復合納米線材料作為超級電容的電極材料具有較高的容量以及良好的循環穩定性，具有在日常消費類電子產品和需要高能量/功率的大型儀器設備中應用的潛力。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中：

圖1為實施例1～3制備過程中得到的硫化鉍納米線和氫氧化鈷/硫化鉍復合納米線材料的SEM圖；

圖2為實施例3制備過程中得到的硫化鉍納米線和氫氧化鈷/硫化鉍復合納米線材料，以及作為對比的氫氧化鈷的XRD表征圖；

圖3為實施例3制備得到的氫氧化鈷/硫化鉍復合納米線材料的EDS圖；