[發明專利]納米晶氧化銅/鐵氧體復合多孔纖維電極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410037575.0
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN103762087A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 鄒聯力;沈湘黔;景茂祥;周友元;廖達前
• 申請（專利權）人: 長沙礦冶研究院有限責任公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/46;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 段迎春

技術領域

本發明屬于微納米結構電極材料及其制備和應用技術領域，尤其涉及一種可用作超級電容器電極材料的氧化銅/鐵氧體復合多孔纖維材料及其制備方法和應用。

背景技術

氧化銅（CuO）和尖晶石型鐵氧體（RFe₂O₄，R為Cu、Zn、Co、Mn、Ni等）都是良好的半導體材料，在固體氧化物燃料電池、催化劑、傳感器、光電轉換、鋰離子電池負極材料等領域已有廣泛的研究和應用。近年來，許多研究者合成了一系列不同形貌的CuO和RFe₂O₄，并對其在超級電容器中的應用進行了研究，如Sun等以硝酸銅和活性炭為原料，采用化學沉積法制備了CuO摻雜的混合型超級電容器，電容器比容量達到210F/g[Sun?Guohua?et.Physical?and?electrochemical?characterization?of?CuO-doped?activated?carbon?in?ionic?liquid,Electrochim.Acta.,2010,55,2667–2672]。Zhang等制備的花狀納米結構CuO也具有良好的電容能力，其電容量達到133.6F/g[Zhang?Hongxia?et.Preparation?of?flower-like?CuO?by?a?simple?chemical?precipitation?method?and?their?application?as?electrode?materials?for?capacitor,Mater.Res.Bull.,2008,43,3221–3226]。V.D.Patake等采用電沉積法在不銹鋼板上沉積氧化銅薄膜，以硫酸鈉為電解質時其最大比容量可達36F/g[V.D.Patake?et.,Electrodeposited?porous?and?amorphous?copper?oxide?film?for?application?in?supercapacitor,Mater.Chem.Phys.,2009,114,6–9]。Wang等在泡沫鎳上直接生長氧化銅納米片用作電極，其比容量最高可達569F/g[Wang?guiling?et.,Preparation?and?supercapacitance?of?CuO?nanosheet?arrays?grown?on?nickel?foam,J.Power?Sources,2011,196,5756–5760]。另外，張等通過液相反應法合成的花狀氧化銅，其比容量可達115F/g[Zhang?Hongxia?et.,Synthesis?of?CuO?nanocrystalline?and?their?application?as?electrode?materials?for?capacitors,Mater.Chem.Phys.2008,108,184–187]。

盡管氧化銅在超級電容器方面的研究已初現端倪，但現有技術的氧化銅電極材料的比容量相對偏低，離工業化生產還有一定的差距，且首次充放電過程不可逆限制了其應用。另外，不同形貌和組成的氧化銅材料其電化學性能相差很大。因此，開發一種制備方法簡單、制備活性高、穩定性能好的電化學材料很有必要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種孔隙率高、晶粒細小、具有更高的比表面積和電子傳輸能力的納米晶氧化銅/鐵氧體復合多孔纖維電極材料，還相應提供一種步驟簡單、成本低、生產效率高、可控性強的納米晶氧化銅/鐵氧體復合多孔纖維電極材料的制備方法，并提供一種納米晶氧化銅/鐵氧體復合多孔纖維電極材料在制備超級電容器中的應用，制備的超級電容器將具有更高的比容量和良好的循環充放電性能。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種納米晶氧化銅/鐵氧體復合多孔纖維電極材料，所述纖維電極材料主要由氧化銅和尖晶石型鐵氧體兩相復合而成，所述纖維電極材料的化學式表示為：

CuO/xRFe₂O₄；

上式中，x=10～40at.%，R為Cu、Zn、Co、Mn、Ni中的一種或多種（x是指的復合材料中鐵氧體占鐵氧體與氧化銅總摩爾數的百分比）；

所述氧化銅和尖晶石型鐵氧體的晶粒大小為納米級，所述纖維電極材料的纖維直徑在微米級。

上述的納米晶氧化銅/鐵氧體復合多孔纖維電極材料中，優選的，所述氧化銅的晶粒大小為20nm～40nm，所述尖晶石型鐵氧體的晶粒大小為30nm～55nm。