[發(fā)明專利]一種球形花狀碳基/鎂鋁氫氧化物超級電容器電極材料及其制備方法

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• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108550470A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓生;姚璐;劉玥冉;林靜靜;顏松;連俊;常偉;薛原;邱豐;蔣繼波;李原婷
• 申請（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 上海精晟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

本發(fā)明公開了一種球形花狀碳基/鎂鋁氫氧化物超級電容器電極材料及其制備方法。本發(fā)明的制備方法包括以下步驟：1)將葡萄糖水溶液于水熱釜中發(fā)生水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，離心、洗滌、干燥得到碳球；2)將鎂鹽、鋁鹽和六次甲基四胺溶于去離子水中并超聲分散，得到均一穩(wěn)定的鎂鋁氫氧化物前驅(qū)體水溶液；3)將碳球和鎂鋁氫氧化物前驅(qū)體水溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，發(fā)生水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，離心、洗滌、干燥得到球形花狀碳基/鎂鋁氫氧化物超級電容器電極材料。本發(fā)明的復(fù)合材料具有形貌特殊、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、電化學(xué)性能優(yōu)異、循環(huán)性能好以及比電容量高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為電極材料應(yīng)用于超級電容器領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電容器電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種球形花狀碳基/鎂鋁氫氧化物超級電容器電極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著全球氣候逐漸的變暖，石油、煤炭等自然資源越來越匱乏，生態(tài)環(huán)境也日益的惡化，人們的注意力逐漸轉(zhuǎn)向了風(fēng)能、太陽能等可再生的并且對環(huán)境沒有傷害的新能源。然而這些新能源本身所具有的一些特性決定了他們發(fā)電方式和電能的輸出穩(wěn)定性經(jīng)常會(huì)受到地域、季節(jié)和氣象條件的限制和影響，從而導(dǎo)致輸出具有明顯的不穩(wěn)定性和不連續(xù)性。而如果要解決這一問題，人們可以考慮給電網(wǎng)同時(shí)接入配套的儲能裝置，以此來解決上述發(fā)電和用電不同步帶來的矛盾。由此可知，21世紀(jì)的一大挑戰(zhàn)就是能量的儲存和轉(zhuǎn)換技術(shù)。為了滿足現(xiàn)代社會(huì)的需求并且考慮到環(huán)境和能源的安全性問題，對超級電容器技術(shù)上的突破需求與日俱增。超級電容器填補(bǔ)了傳統(tǒng)電容器和電池之間的空白，它們可以提供比傳統(tǒng)電容器更高的能量密度，同時(shí)可以提供比傳統(tǒng)電池更大的功率密度，從而引起了各國政府和企業(yè)界的廣泛關(guān)注。在可以預(yù)見的未來，超級電容器將得到迅猛的發(fā)展。

因此，作為新型儲能裝置，超級電容器具有比傳統(tǒng)電容器(燃料電池、化學(xué)電池)更優(yōu)異的特點(diǎn)，并且應(yīng)用也更廣泛。電極的選擇對超級電容器性能影響最大，目前，常用的超級電容器電極材料主要有碳基材料、金屬氧化物/氫氧化物和導(dǎo)電聚合物。其中，碳材料具有高達(dá)10萬次的循環(huán)壽命，比表面積為1000～3000m²g^-1,成本較低，但是其比表面積的有效使用率僅為30％，導(dǎo)致其比電容較小。而金屬氧化物/氫氧化物和碳材料不同，具有高的能量密度。但是其缺點(diǎn)就是循環(huán)穩(wěn)定性差，導(dǎo)電性不強(qiáng)，工作電壓低，同時(shí)比表面積差，不利于電子的快速運(yùn)輸。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種球形花狀碳基/鎂鋁氫氧化物超級電容器電極材料及其制備方法。本發(fā)明能有效的改善鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物電極材料循環(huán)穩(wěn)定性較差的問題，并增強(qiáng)復(fù)合材料的比表面積。

本發(fā)明提供一種球形花狀碳基/鎂鋁氫氧化物超級電容器電極材料的制備方法，其制備原料包括：葡萄糖、六水合硝酸鎂、九水合硝酸鋁、六次甲基四胺等；包括以下步驟：

1)將葡萄糖水溶液于水熱釜中發(fā)生水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，離心、洗滌、干燥得到直徑在6-10μm之間的均勻碳球；

2)將鎂鹽、鋁鹽和六次甲基四胺溶于去離子水中并超聲分散，得到均一穩(wěn)定的鎂鋁氫氧化物前驅(qū)體水溶液；

3)將碳球和鎂鋁氫氧化物前驅(qū)體水溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，發(fā)生水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，離心、洗滌、干燥得到球形花狀碳基/鎂鋁氫氧化物超級電容器電極材料。

本發(fā)明中，步驟1)中，葡萄糖水溶液的濃度是0.5～2mol/L，水熱反應(yīng)溫度為160-200℃，水熱反應(yīng)時(shí)間為8-20h。

本發(fā)明中，步驟1)中，水熱反應(yīng)的溫度為175～185℃，反應(yīng)時(shí)間為8～10h。

本發(fā)明中，步驟1)和步驟3)中，干燥溫度為50-80℃，干燥時(shí)間為8-12h。

本發(fā)明中，步驟2)中，鎂鹽為六水合硝酸鎂，鋁鹽為九水合硝酸鋁。