[發明專利]一種硫化鎳/碳化三聚氰胺泡沫復合電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910631133.1
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110265226B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 陳奇俤;易明杰;蔡道平;詹紅兵
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/34;H01G11/86;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 林文弘;蔡學俊

本發明公開了一種硫化鎳/碳化三聚氰胺泡沫復合電極材料及其制備方法，首先將三聚氰胺泡沫放置于管式爐中，煅燒碳化，得到碳化的三聚氰胺泡沫備用。將Ni₂SO₄和K₂S₂O₄分別溶于甲醇中，攪拌均勻后混合，再往混合溶液中滴加氨水。之后將碳化后的三聚氰胺泡沫浸潤在溶液中，靜置2 h后取出，反復用去離子水沖洗后冷凍干燥。將樣品與硫粉放置于管式爐中煅燒，便可得到負載于三聚氰胺泡沫上的NiS₂材料，該材料表現出優異的電化學性能，包括良好的比電容，優異的倍率性能和良好的循環性能。

技術領域

本發明屬于超級電容器用電極材料的制備領域，具體涉及一種硫化鎳/碳化三聚氰胺泡沫復合電極材料。

背景技術

對各種便攜式和可穿戴電子設備的需求刺激了輕型和柔性儲能系統的快速發展，具有增強的電化學性能和良好的機械靈活性。目前，電池和超級電容器是兩種較為理想的儲能裝置， 在過去的幾十年中，超級電容器，也稱為電化學電容器，依靠電極表面的電雙層（EDL）電容或電極近表面可逆的法拉第氧化還原反應產生的贗電容來儲存能量。由于其具有高功率密度，優異的電化學可逆性和極長的循環穩定性而具有巨大潛力。

為了跟上薄，輕和可穿戴電子設備的快速發展。人們開始致力于設計各種非傳統的超級電容器，這些超級電容器可以是柔性的，可拉伸的和可壓縮的。特別是可壓縮的超級電容器由于它可以承受很大的應變，同時保持穩定的電容性能，因此備受關注。然而，一個優異的可壓縮的超級電容器強烈依賴于電極材料的合理設計，不僅與其優異的可壓縮性能有關而且與材料本身較高的電化學性能有關。通常，應用在可壓縮超級電容器中的電極材料主要由支架和電活性組分組成。目前，支架通常包括導電碳基材料和非導電聚合物基材料。三維（3D）石墨烯泡沫或石墨烯氣凝膠已被用作可壓縮超級電容器的支架。例如，用電活性聚吡咯（PPy）裝飾的石墨烯氣凝膠已經成功地用作可壓縮電極，即使在50%壓縮比下也具有幾乎不變的電容性能。然而，化學衍生的石墨烯骨架通常具有有限的機械強度。此外，強烈的π-π重新堆疊和不良的片間連接帶來了大的界面電阻，這又限制了石墨烯作為導電支架的作用。與3D石墨烯結構相比，化學氣相沉積衍生的碳納米管（CNT）海綿作為可壓縮的超級電容器電極在其良好的機械強度和高導電性方面具有很大的前景。然而，CNT海綿的比電容太低，無法滿足高能量設備不斷增長的需求。海綿基超級電容器很少被研究過。除了碳基支架外，還報道了由纖維素或聚酯纖維組成的非導電海綿作為可壓縮電極的支架。最近，通過商業三聚氰胺海綿（MS）的輕度碳化開發出可壓縮的超級電容器電極，即使在很大的應變下也能實現優異的電化學性能，但在不犧牲壓縮容限的情況下進一步提升其性能仍然是一個巨大的挑戰。

過渡金屬硫化物已被廣泛研究作為用于贗電容器的新類電極材料。由于其理論容量大，資源豐富，氧化還原反應豐富，在過去幾年中引起了廣泛的研究興趣。其中，硫化鎳（NiS）具有著優異的電化學性能。據報道，硫化鎳的理論比容量高達1.25×10⁶ S/m。另一方面，由于NCS通過電極/電解質界面處的可逆法拉第氧化還原反應來儲存能量，因此非常需要具有更多暴露電活性位點和有利離子通路的結構設計來提高性能。

基于以上原理，本發明提供了一種片狀的NiS₂，它在碳化的三聚氰胺海綿上垂直生長，可制備出高度可壓縮的柔性超級電容器電極。

發明內容

本發明主要涉及到一種柔性、可壓縮的電極材料，該納米復合材料使用商場上可買到的三聚氰胺泡沫作為模板，將泡沫碳化后負載上NiS₂納米片。當作為贗電容器的電極材料進行評估時，表現出最佳的電化學性能，包括良好的比電容，優異的倍率性能和良好的循環性能。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種硫化鎳/碳化三聚氰胺泡沫復合電極材料的制備方法，包括如下步驟：