[發(fā)明專利]一種基于二維碳納米片的超級電容器電極材料的制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910973051.5 | 申請日： | 2019-10-14 |
| 公開（公告）號： | CN110739161B | 公開（公告）日： | 2021-03-23 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 王鵬;王帥;范孝良;張希民;陳濤;段巍;韓會龍 | 申請（專利權(quán)）人： | 華北電力大學(xué)（保定） |
| 主分類號： | H01G11/86 | 分類號： | H01G11/86;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/44;H01G11/46;H01G11/24;C01B32/05;C01B32/15 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 二維 納米 超級 電容器 電極 材料 制備 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種基于二維碳納米片的超級電容器電極材料的制備方法。本發(fā)明在400℃下于泡沫鎳上加熱淀粉糊合成二維無定型碳納米片，進(jìn)一步將活性金屬鹽復(fù)合物膜涂覆到二維無定型碳納米片上，該混合電極顯示出優(yōu)良的電子收集率。受益于活性金屬化合物和二維無定型碳納米片的協(xié)同效應(yīng)，所設(shè)計的電極表現(xiàn)出高的比電容，良好的倍率性能和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明既為二維碳納米片的制造提供了新的策略，又為超級電容器的應(yīng)用提供了光明的前景。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于二維碳納米片的超級電容器電極材料的制備方法。
背景技術(shù)
碳材料(活性炭，碳納米管，石墨烯等)已被廣泛用作超級電容器的電極材料(EnergyEnvironmental Science 2016,9,729-762)。石墨烯是近期最有名的二維材料之一，其較好的導(dǎo)電性，優(yōu)異的高表面積和極佳的機(jī)械柔韌性引起了越來越多的關(guān)注(Advanced Materials,2018,28,3646-3652)。此外，Muralidharan等人指出無定型碳基納米粒子可以提高電極材料的比電容和循環(huán)壽命(EnergyFuels,2013,27,3508-3515.)。傳統(tǒng)上，碳基電極材料是用含粘合劑的糊狀溶液壓入集電器后制備而成的(Electrochim.Acta 2014，115，22-27.)。這種典型的方法大大降低了活性材料的導(dǎo)電性，阻礙了電子的快速傳輸，從而獲得了優(yōu)異的儲能性能(Chemical Engineering Journal,2017,316,1091-1102)。與碳基材料相比，過渡金屬氧化物由于其快速且可逆的法拉第氧化還原反應(yīng)而具有更高的比電容。最近，由于它們的理論電容很高(Co3O4為3561F·g-1，CoO為4522F·g-1)，因此科學(xué)界對鈷氧化物進(jìn)行了大量研究(Chemical Engineering Journal,2017,327,100-108)。然而，過渡金屬氧化物的實驗電容通常遠(yuǎn)低于其理論極限，因為它們具有狹窄的電位窗(ACS Appl.Mater.Interfaces,2016,8,2562-2572)，導(dǎo)電性差(Chem.Soc.Rev.,2012,41,797-828)和贗電容器的法拉第過程遲緩。
在廚房，燒糊的鍋是十分令人頭疼的，糊了的碳化物粘附在鍋底很難清洗，受此啟發(fā)，發(fā)明人推斷采用糊鍋產(chǎn)生的超耐磨的碳化物可當(dāng)作超級電容器的活性電極材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于二維碳納米片的超級電容器電極材料的制備方法。
一種基于二維碳納米片的超級電容器電極材料的制備方法，按照如下步驟進(jìn)行：
(1)在金屬泡沫基底上制備二維無定形碳：將2-4g淀粉加入10mL水中，然后將溶液攪拌1.5-3小時,至形成糊狀懸浮液；
(2)將金屬泡沫放在高溫加熱板上，并將其加熱到350-450℃；
(3)將0.5-1.5ml糊狀懸浮液滴加到金屬泡沫中，7-13秒后，金屬泡沫基底上的淀粉水溶液由于水的蒸發(fā)而變粘；
(4)在鑷子的幫助下，將金屬泡沫基底背面朝上并輕輕按壓，至產(chǎn)生黑色氣泡，形成二維無定形碳納米片；
(5)在二維無定形碳上制備涂層：首先，通過活性金屬鹽，尿素和氟化銨在100mL水中混合制備活性物質(zhì)水溶液；
(6)將已經(jīng)生成二維碳納米片的金屬泡沫基底放在熱板上并在350-450℃下加熱，在金屬泡沫基底上滴加0.2-0.5mL活性物質(zhì)水溶液；加熱15-25s后，將金屬泡沫基底背面朝上，循環(huán)2次，制成超級電容器電極材料。
所述淀粉為玉米淀粉和/或土豆淀粉。
所述金屬泡沫基底為泡沫鎳和/或泡沫銅。
所述活性金屬鹽為硝酸鎳，硝酸錳和硝酸鈷中的一種或一種以上。
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