[發(fā)明專利]氮氧共摻雜多孔碳/四氧化三鐵復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710730250.4
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107731557B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王舜;金輝樂;董小妹;余小春;馮鑫;凌鵬生;王繼昌;顏成展;陳思慧
• 申請（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué)
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/46
• 代理公司: 溫州名創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發(fā)明涉及一種超級電容器電極用氮氧共摻雜多孔碳/四氧化三鐵復(fù)合材料的制備方法，如下步驟：(1)將環(huán)戊二烯基鐵、鐵粉、六氯丁二烯、吡啶加入50mL的聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)膽中，混合；密封，放入高溫反應(yīng)釜中，置于烘箱中于反應(yīng)；(2)將產(chǎn)物120℃烘干，干燥6小時(shí)；(3)取適量樣品，加入尿素溶液，放入高溫反應(yīng)釜中，置于烘箱中于200℃反應(yīng)12小時(shí)，冷卻至室溫，分離，置于真空干燥箱中90℃烘干；(4)取樣品置于管式爐的石英管，通氬氣；升溫速率為10℃/min，使管式爐溫度緩慢升溫，維持90min后儀器自動降溫，獲得樣品；所述的復(fù)合材料制作的電容電極有較大的電容值，穩(wěn)定性好，制作成本低，在電化學(xué)領(lǐng)域具有巨大的潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料及其制備方法、用途，具體而言，提供了一種超級電容器電極用氮氧共摻雜多孔碳/四氧化三鐵復(fù)合材料的制備方法及其應(yīng)用，屬于無機(jī)功能材料和電化學(xué)能源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速增長，導(dǎo)致化石燃料的消耗加劇，從而產(chǎn)生了兩個(gè)主要問題，一方面導(dǎo)致現(xiàn)有的化石燃料儲備消耗嚴(yán)重，人類面臨能源枯竭的危險(xiǎn)，另一方面造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，如溫室氣體的排放，空氣和水資源的污染等。給予這些問題的考慮，以及對于未來形勢的廣泛關(guān)注，為了維持社會的可持續(xù)發(fā)展和健康的生態(tài)系統(tǒng)，因此，開發(fā)可持續(xù)的清潔能源及其相關(guān)技術(shù)是解決全球問題的當(dāng)務(wù)之急。

超級電容器具有目前應(yīng)用廣泛的鋰電池?zé)o法比擬的優(yōu)勢：高電容量，結(jié)構(gòu)簡單，功率密度高，充放電速率快，循環(huán)壽命達(dá)萬次以上，工作溫度范圍寬、環(huán)境友好等。因此超級電容器目前在汽車、消費(fèi)性電子產(chǎn)品等行業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用。如何而提高超級電容器的能量密度，高性能電極材料的開發(fā)是關(guān)鍵技術(shù)之一。但是與鋰電池相比，超級電容器的能量密度仍然相對較小，因此，研究具有高比電容特性的物質(zhì)作為超級電容器的電極材料顯得非常重要，超級電容器的電極材料是決定其電容性能好壞的關(guān)鍵因素之一，因此，制備同時(shí)兼具高功率密度，高能量密度，高電容容量和循環(huán)穩(wěn)定性的電極材料是解決問題的關(guān)鍵。

碳材料雖然具有良好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性、價(jià)格低廉、制備簡單以及環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其比電容最高只有200F/g，且其振實(shí)密度較低，導(dǎo)致其體積比電容較低，因而限制了它的廣泛應(yīng)用。過渡金屬氧化物中的二氧化釕的比電容非常高，但釕的價(jià)格昂貴，限制了其在商業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。導(dǎo)電聚合物雖然具有價(jià)格便宜、制備容易、法拉第準(zhǔn)電容高等優(yōu)點(diǎn)，但其化學(xué)穩(wěn)定性較差，電容衰減較快。由此可知，不同類型的電極材料單獨(dú)使用時(shí)，存在導(dǎo)電性差、成本高、比電容低以及循環(huán)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。結(jié)合材料的不同特征制成電化學(xué)性能更優(yōu)異的復(fù)合材料是當(dāng)前研究的方向，復(fù)合材料比單一的電極材料表現(xiàn)出更多的優(yōu)點(diǎn)，可以發(fā)揮不同材料的優(yōu)勢，從而提高了超級電容器的整體性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種良好的比電容性、導(dǎo)電性且低成本的超級電容器電極用氮氧共摻雜多孔碳/四氧化三鐵復(fù)合材料。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種氮氧共摻雜多孔碳/四氧化三鐵復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種氮氧共摻雜多孔碳/四氧化三鐵復(fù)合材料在超級電容器電極中的應(yīng)用方法。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)發(fā)明目的，其技術(shù)方案是步驟如下：

(1)稱取環(huán)戊二烯基鐵1-20mmol和鐵粉2.5-7.5mg于50mL的聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)膽中，再加入六氯丁二烯及吡啶，六氯丁二烯的添加量為1-30mL，所述六氯丁二烯與吡啶的摩爾比為1:0.03-30，密封后放入高溫反應(yīng)釜中，旋緊反應(yīng)釜蓋，將其置于烘箱中于180-220℃，反應(yīng)4-20小時(shí)；

(2)反應(yīng)結(jié)束后，使其自然冷卻至室溫，關(guān)閉烘箱電源，打開反應(yīng)釜，將釜中的產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)移到表面皿中，然后烘干得到半成品；