[發明專利]一種超級電容活性物質的形貌誘導劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910976730.8
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110698574B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 高延敏;徐俊烽;張政;施方長;楊紅洲;王明明;孫存思
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: C08F8/30
• 分類號: C08F8/30;C08F120/44;C01G51/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明公開了一種超級電容活性物質的形貌誘導劑及其制備方法。該形貌誘導劑的制備方法包括以下步驟：按照質量比稱取氯化羥胺與聚丙烯腈，其中聚丙烯腈浸泡在N’N?二甲基甲酰胺中并熱處理獲得聚丙烯腈溶液，氯化羥胺與無水碳酸鈉溶解于丙三醇中獲得氯化羥胺溶液，將氯化羥胺溶液緩慢滴加到聚丙烯腈溶液中，邊滴加邊攪拌至溶液呈現透明后熱處理，將得到的混合溶液緩慢滴加到去離子水中并攪拌，最后經過離心就可得到凝膠狀的形貌誘導劑。該方法工藝簡單，所制備的形貌誘導劑用于超級電容活性物質，可以制備出粒狀、片狀、花狀、棒狀、雙凌錐狀等形狀的活性物質，并且具有較好的電容性能。

技術領域

本發明屬于超級電容形貌誘導劑領域，具體涉及一種超級電容活性物質的形貌誘導劑及其制備方法和應用。

背景技術

全球氣候變暖以及越來越嚴重的環境污染，是由于隨著科學技術的不斷進步和經濟社會的不斷發展，人類對于能源的需求越來越大。為了解決這一系列能源難題，設計出能夠快速存儲和釋放電能的設備顯得十分重要。超級電容器就是為了滿足在短時間內快速完成充放電過程，達到超高輸出功率密度的儲能器件。超級電容器根據儲能機理的不同，能夠被分為雙電層超級電容和法拉第贗電容。雙電層超級電容是利用活性物質表面的微孔吸附特性進行儲能的，本身并不會發生電化學反應。而法拉第贗電容是依靠表面活性物質發生高度可逆的氧化還原反應進行能量存儲的，使用壽命雖不及雙電層超級電容，但是法拉第贗電容的儲能密度卻能夠達到前者數十倍之多。

對于法拉第贗電容的研究，學者們主要是將研究重點集中于過渡金屬氧化物上。目前比較常見的電容活性材料包括：氧化釕、氧化錳、氧化釩、氧化鈷、氧化鎳等一些含有多價態金屬離子的活性物質。目前比較實用的制備方法為燒結法和溶劑熱法，燒結法簡單易操作，但是尺寸通常難以控制；溶劑熱法制備的晶粒細小，但是容易引發團聚現象。為了讓制備出來的晶粒更加符合生產需要，為了能生長出形貌更加特殊的晶粒，需要研制出一種超級電容活性物質的形貌誘導劑，但目前還沒有相應的產品或者成熟的研究報告發表出來。

顆粒形貌對氧化物電容性能影響極大。但是，目前控制氧化電容基本都是采用小分子，使用過程中，這些小分子材料在組合物中，影響了電容的性質。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種超級電容活性物質的形貌誘導劑，具體技術方案如下：

一種超級電容活性物質的形貌誘導劑，所述形貌誘導劑的分子結構如下：

該種誘導劑是通過氯化羥胺溶液改造液態聚丙烯腈分子鏈上的基團結構，使其在側鏈接枝偕胺肟基；利用偕胺肟基的離子誘導性，對溶劑熱法析出的超級電容活性物質晶粒進行形貌控制；其中每1份質量的氯化羥胺適用于改造3～5倍質量的聚丙烯腈。

本發明的目的之二是提供一種所述超級電容活性物質的形貌誘導劑的制備方法。具體技術方案如下：

一種超級電容活性物質的形貌誘導劑的制備方法，包括以下步驟：

第1步，按照質量比1:3～5稱取氯化羥胺與聚丙烯腈；

第2步，將聚丙烯腈浸泡在N’N-二甲基甲酰胺中，然后放置于75～85℃的烘箱中保溫15～25min，獲得聚丙烯腈溶液，所述N’N-二甲基甲酰胺的質量是聚丙烯腈的30～70倍；

第3步，將氯化羥胺與無水碳酸鈉同時投入到丙三醇中，迅速攪拌直到氯化羥胺與無水碳酸鈉全部溶解在丙三醇中，獲得氯化羥胺溶液，所述氯化羥胺與無水碳酸鈉的摩爾比為1:1，丙三醇的質量是氯化羥胺與無水碳酸鈉總質量的5～20倍；

第4步，將所述氯化羥胺溶液緩慢滴加到聚丙烯腈溶液中，邊滴加邊攪拌，直到溶液呈現透明后，放置于80～90℃的烘箱中保溫2～3h，得到混合溶液；

第5步，將所述混合溶液緩慢滴加到去離子水中，邊滴加邊攪拌，最后經過離心就可得到凝膠狀的超級電容活性物質的形貌誘導劑。