[發明專利]超級電容器用層次納米結構四氧化三鈷/鉬酸鈷復合電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510502486.3
• 申請日: 2015-08-14
• 公開（公告）號: CN105070521B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 周敏;陸飛;曾祥華
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H01G11/36
• 分類號: H01G11/36;H01G11/46;H01G11/86
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 鄒偉紅,唐代盛

技術領域

本發明屬于超級電容器電極材料的制備領域，特別涉及到一種層次納米結構四氧化三鈷/鉬酸鈷復合電極材料及其制備方法。

背景技術

由于化石燃料的燃燒帶來的環境污染日益受到人們的重視，所以現如今亟需尋找一種可靠的、可再生的并且環境友好的新型能源從而減少日常生活中對化石燃料的依賴。如今發現的一些可再生能源比如太陽能、風能、地熱等都受到了地域和持續性等因素的困擾。超級電容器作為一種新型的儲能器件逐漸受到人們的關注。在18世紀中葉電容器就以萊頓瓶的形式作為一種儲能器件。直到1957年，以Becker申請超級電容器專利為標志，人們開始將大量的精力投入到超級電容器的研究當中。超級電容器憑借其優秀的循環性能(數十萬次的循環)、高功率密度、成本低廉等優勢一方面填補了鋰離子電池與傳統電容器之間的儲能空白，另一方面在電驅動交通工具、儲備電源等脈沖功率器件領域有著無可比擬的優勢。

按照材料儲能機理的不同,超級電容器電極一般分為雙電層電容器和贗電容器。雙電層電容器一般基于碳基材料，該型材料具有較高的比表面積、成本低、導電性好、循環壽命長、無污染等優點，從而受到廣泛地關注，并且開始了初步的商業化應用，但同時由于碳材料本身較低的比電容限制了其進一步在大功率高儲能領域的應用；另外一種贗電容器憑借自身更高的比電容與不斷改進的循環穩定性也越來越受到科研界的青睞。RuO₂作為一種具備優異贗電容性能的材料已經被廣泛地研究，但是由于Ru元素的成本過高，一直都局限在實驗室研究領域。近年來報道的一系列過渡金屬氧化物，比如MnO₂、NiO、Co₃O₄都具備理想的贗電容性能，但是在導電性和穩定性方面都存在一定的問題。所以，開發一種制備方法簡單、低成本、比電容高和循環穩定好的贗電容器電極材料對超級電容器領域的發展具有重要意義。

大量實驗結果表明，提升贗電容器電極材料的電導率，以及提高材料的比表面積，是提升贗電容性能的兩個有效途徑。鉬酸鈷(CoMoO₄)作為一種混合的過渡金屬氧化物，由于同時具有較高的電化學活性和電導率，近年來備受關注。Liu等利用水熱法制備了CoMoO₄納米桿，其比電容在電流密度為5mA/cm²時達到286F/g.Mai等研究了CoMoO₄/MnMoO₄復合材料的電容性能，在電流密度為1A/g時獲得了187.1F/g的比電容。為進一步提高超級電容性能，Xia等將CoMoO4與石墨烯復合，得到了394.5F/g的比電容。但是在現今的研究中仍然存在一定的技術缺陷，一方面大量的研究表明CoMoO₄材料無法獲得較理想的比表面積從而制約材料表面發生的氧化還原反應；另一方面在引入碳基材料提升比表面積的同時又降低了CoMoO₄贗電容的特性。

發明內容

本發明的目的是提供一種層次納米結構四氧化三鈷/鉬酸鈷復合電極材料及其制備方法。制備得到的層次納米結構四氧化三鈷/鉬酸鈷復合電極材料具有較高比電容和良好的電化學穩定性，可用于制備超級電容器。

實現本發明目的的技術解決方案是：一種層次納米結構四氧化三鈷/鉬酸鈷復合電極材料，所述的復合電極材料為具有多孔結構的三維納米復合材料，包括表層的鉬酸鈷納米片及包覆在內的四氧化三鈷納米桿，其中，所述的四氧化三鈷納米桿呈三維網絡分布。

進一步，四氧化三鈷納米桿的長度為1-3微米，直徑為50-200納米。

進一步，鉬酸鈷納米片的厚度為20-80納米。

進一步，所述三維納米復合材料的直徑為2-5微米。

一種層次納米結構四氧化三鈷/鉬酸鈷復合電極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)，將一定比例的二價鈷鹽和六價鉬酸鹽溶于堿性水溶液中，攪拌均勻后在120-180℃下，水熱反應1-10小時；

(2)，將水熱產物用清洗后干燥處理；

(3)，干燥后的樣品，在空氣氣氛中于300-500℃下熱處理2-5小時即得所述復合電極材料。