[發明專利]基于碳布負載的硫化鎳-硫化鉬異質納米片陣列結構的柔性超級電容器及其制備方法

有效

• 申請號: 201811025876.6
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109065368B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 符秀麗;官順東;彭志堅
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/26;H01G11/28;H01G11/30;H01G11/40;H01G11/84
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于碳布負載的NiS-MoS₂異質納米片陣列結構的柔性超級電容器的制備方法，其特征在于，所述柔性超級電容器采用在三維碳布上直接生長的NiS-MoS₂異質納米片陣列結構作為陽極材料，活性炭包覆的電化學活化碳布作為陰極材料，配合PVA/KOH凝膠分別作為隔膜和電解質，共同組裝得到柔性的高性能超級電容器；所述電容器由碳布負載的NiS-MoS₂異質納米片陣列結構陽極、PVA/KOH電解質凝膠隔膜和活性炭包覆的電化學活化碳布陰極，在PVA/KOH電解質凝膠中“自下而上”組裝而成，依次包括以下步驟：

(1)碳布的清洗：碳布預先用丙酮、1-2mol/L鹽酸水溶液以及去離子水依次超聲清洗0.5-1小時，并在60℃下烘干，保存備用；

(2)陽極材料的制備：將市售分析純醋酸鎳、鉬酸銨、硫脲和十二烷基硫酸鈉粉末投入燒杯中，再加入去離子水充分攪拌使其均勻混合，控制混合溶液中醋酸鎳濃度為0.03-0.05mol/L，鉬酸銨的濃度為0.001-0.005mol/L，硫脲的濃度為0.05-0.08mol/L，十二烷基硫酸鈉濃度為0.15-0.25mol/L；再利用0.5-1.0mol/L的氫氧化鈉水溶液調節反應物混合溶液的pH值至5.8-7.0之間；在高壓反應釜中填充50％-80％的反應物混合溶液后，垂直浸入洗凈的碳布，密封反應釜；然后將反應釜移至電爐中，并5-20℃/min的速率加熱到160-200℃并保溫8-12小時；自然冷卻到室溫后，打開反應釜；從反應釜中取出碳布，并用去離子水和酒精交替漂洗3-5次；然后在60℃下烘干，即得所述碳布負載的NiS-MoS₂異質納米片陣列結構陽極材料；在室溫下，在干燥箱中保存備用；

(3)碳布的活化：在電化學工作站三電極體系中，以洗凈的碳布作為工作電極，鉑片作為對電極，甘汞電極作為參比電極，體積比1:1的濃硫酸/濃硝酸混合液作為電解液，在3V的電壓下反應10分鐘；然后將碳布取下，用去離子水清洗干凈后，在60℃下烘干，保存備用；

(4)陰極材料的制備：在燒杯中，按質量比7:2:1分別稱取活性炭、導電炭黑和聚偏氟乙烯，然后按混合固體粉末與溶劑100mg:(1-1.5mL)的比例加入N-甲基吡咯烷酮作溶劑，攪拌后超聲震蕩使其混合均勻，即得到活性炭混合液；然后將這種活性炭混合液滴在活化的碳布上下兩面，在120℃下干燥2-4小時，即得所述活性炭包覆的電化學活化碳布陰極材料；控制碳布上包覆的活性炭的負載量為15-20mg/cm²；最后所得陰極材料在室溫下在干燥箱中保存備用；

(5)電解質凝膠的配制：將PVA分散在去離子水中，在80-95℃下攪拌1-2小時，直至PVA完全溶解，得到濃度為0.1-0.15g/mL的透明凝膠狀物；然后持續攪拌下自然冷卻至室溫，再緩慢滴加0.2-0.5g/mL的KOH水溶液，邊加邊攪拌，直至完全混合均勻，即得所述PVA/KOH凝膠；制備PVA/KOH電解質凝膠時，控制PVA溶液與KOH溶液的體積比為1:(0.2-0.25)，且整個過程控制磁力攪拌速度為100-200轉/分，避免產生氣泡；最后所得PVA/KOH電解質凝膠在室溫下封存備用；

(6)凝膠隔膜的制備：在玻璃片上滴加少量PVA/KOH凝膠，使凝膠在玻璃片上均勻鋪展開，自然干燥6-10小時，即得所述PVA/KOH凝膠隔膜；控制凝膠隔膜成品的厚度為0.1-0.2mm；最后所得PVA/KOH凝膠隔膜在室溫下封存備用；

(7)電容器的組裝：采用“自下而上”的方式，在玻璃模具中先滴加少量PVA/KOH電解質凝膠，然后鋪上陰極材料；再在陰極材料之上滴加少量PVA/KOH凝膠后，平整地覆蓋上預制的PVA/KOH凝膠隔膜，并滴加少量PVA/KOH凝膠；然后再繼續疊加陽極材料后，再滴加少量PVA/KOH凝膠；最后，在室溫下晾干8-12小時；而且，整個過程中控制陽極與陰極材料的作用面積相同，且陰極、隔膜、陽極各層間均包覆有PVA/KOH凝膠，并控制每層PVA/KOH凝膠干燥后厚度為0.10-0.12mm，電極整體厚度為0.8-1.2mm；

(8)電容器的封裝：將所得器件進行密封和并用絕緣軟質材料進行外包裝，得到所述柔性超級電容器。