[發(fā)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?zhí)枺?/td>: 201811025876.6
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109065368B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)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
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本發(fā)明涉及一種基于碳布負載的NiS?MoS₂異質納米片陣列結構的柔性超級電容器及其制備方法，屬于新能源材料及其器件制備技術領域。所述柔性超級電容器采用在三維碳布上直接生長的高純度、高密度、高取向性的碳布負載的NiS?MoS₂異質納米片陣列結構為陽極材料，活性炭包覆的碳布為陰極材料，PVA/KOH凝膠分別為隔膜和電解質，共同組裝得到。所述陽極純度高、密度大、形貌整齊，且生長條件嚴格可控、設備和工藝簡單、成本低廉、電容量高、充放電穩(wěn)定性好；所述陰極材料導電性優(yōu)良、雙層電容容量大；電容器制備過程簡單、經濟環(huán)保、無需后處理。本發(fā)明提出的超級電容器重量輕、容量大、循環(huán)充放電穩(wěn)定性好，同時具有良好的柔性，可用于可穿戴電子器件的供電設備。

技術領域

本發(fā)明涉及一種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，屬于新能源材料及其器件制備技術領域。

背景技術

超級電容器是一類自身重量輕、充電速度快、使用壽命長、功率密度高以及使用成本低的儲能器件的總稱。自從超級電容器這一概念問世以來，其研究備受關注。根據其儲能機制的不同，超級電容器可以分為兩大類：即雙層電容型電容器和贗電容型電容器。其中，雙層電容型電容器主要是靠電極表面的吸附-脫附過程來儲存和釋放電能，其特點是充放電速度快，功率密度高，循環(huán)穩(wěn)定性好，但是比電容量較小。而贗電容型電容器主要是靠電極材料表面上快速可逆的氧化-還原反應來儲存和釋放電能，其特點是比電容大，一般是雙層電容型電容器的數倍；但是，正因為其中存在氧化-還原反應過程，導致其電極不穩(wěn)定，充放電循環(huán)性能相對較差。因此，目前該領域的研究熱點之一是，將雙層電容型和贗電容型的電極材料相結合，集二者的優(yōu)勢于一體，制備出容量大、性能穩(wěn)定的超級電容器。

在眾多已知的贗電容型電容器電極材料中，鎳基化合物如氧化鎳、氫氧化鎳、硫化鎳等，由于鎳元素具有多個氧化價態(tài)，并且材料本身具有較高的氧化-還原活性，已經被廣泛的應用于超級電容器的研究與應用當中。其中，硫化鎳材料，包括NiS、Ni₃S₂、NiS₂和Ni₃S₄等，相較于傳統(tǒng)的氧化鎳和氫氧化鎳電極材料，具有較高的理論贗電容值，同時具有更高的導電性，因此是潛在的高性能超級電容器電極材料。然而，由于硫化物的穩(wěn)定性較差，在氧化-還原過程中容易發(fā)生相變、分解、形變等現象，導致純硫化鎳作為電極材料在充放電過程中電容性能下降很快，無法滿足多次循環(huán)充放電的使用要求。因此，將硫化鎳與其它雙層電容型材料復合，是提高硫化鎳基電容器電極材料的有效途徑。例如，硫化鉬(MoS₂)材料，是一種典型的二維過渡金屬硫化物，具有層片狀結構，層間是由較弱的范德華力相結合，有利于離子(分子)的嵌入與脫出，同時電子可以有效地吸附于其片層的表面，因此MoS₂具有良好的雙層電容性能；而且，其層內是由較強的共價鍵結合，因此MoS₂還具有較強的機械性能，其在充放電循環(huán)過程中能保持片層結構不被破壞，具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。因而，將硫化鎳與MoS₂相復合，將既能提升復合材料的電容性能，又能利用MoS₂優(yōu)異的機械穩(wěn)定性，最終提升基于硫化鎳-硫化鉬復合材料的超級電容器的整體電容性能(W.H.Luo,et al.,One-step extended strategy for the ionic liquid assisted synthesis of Ni₃S₄-MoS₂heterojunction electrodes for supercapacitors.Journal of MaterialsChemistry A,2017,5,11278)。