[發明專利]一種Ce-Co-S復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010076672.6
• 申請日: 2020-01-23
• 公開（公告）號: CN111276340B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 韓生;胡曉敏;劉順昌;馬健;王露露;孫瑤馨;蔣繼波;陳宇凱
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

本發明涉及一種Ce?Co?S復合材料及其制備方法與應用，該復合材料的制備方法為：將可溶性鈷鹽，可溶性鈰鹽，尿素，氟化銨溶于水中，之后加入硫代乙酰胺進行水熱反應；熱反應結束后經冷卻、離心、洗滌、干燥，即得到Ce?Co?S復合材料；將復合材料制備成工作電極，用于超級電容器中。與現有技術相比，本發明通過一步水熱合成了Ce?Co?S復合材料，制備方法環境友好、簡單方便，便于大規模生產，且Ce?Co?S復合材料具有高比表面積、很高的比電容、良好的循環性能和高能量密度，電化學性能優異等優點。

技術領域

本發明屬于電化學及納米材料技術領域，尤其是涉及一種Ce-Co-S復合材料及其制備方法與在超級電容器中的應用。

背景技術

隨著人們對可穿戴電子設備需求的不斷增加，高柔性、輕量化的儲能設備近年來引起了人們的廣泛關注。超級電容器，尤其是柔性超級電容器，具有良好的電化學性能、高柔性和環境友好性，被廣泛認為是可穿戴電子設備最有前途的電源之一。超級電容器以其快速充放電時間、高功率密度、良好的循環壽命等優異性能而受到廣泛關注。此外，隨著可折疊屏幕等便攜式和可穿戴電子設備的需求日益增長，柔性超級電容器也得到了廣泛的應用。然而，與可充電電池相比，由于SCs的電荷存儲機制只發生在電極材料的表面或近表面，因此其容量或能量密度較低。因此，更多的關注集中在提高它們的能量密度上。

眾所周知,SCs的能量密度主要是與特定的電容(C)和工作電壓窗口(V)有關,因此，通過對多孔納米電容和贗電容電極材料的研究，獲得具有高能量密度的SCs，或開發具有寬工作電壓窗的非對稱和混合型SCs，已成為許多學者努力的方向。過渡金屬氧化物和氫氧化物，如Co₃O₄和Ni(OH)₂，由于它們對電荷存儲具有豐富的氧化還原反應，表現出優異的電容性能。然而，這些材料的導電性差，電化學穩定性差，嚴重阻礙了其實際應用。

近年來，過渡金屬硫化物，特別是三元硫化物作為一種高性能的電化學添加劑得到了廣泛的研究。硫取代氧后，硫的電負性比氧低，形成了更柔韌的結構，使結構的破壞更少，穩定性更好。此外，與二元硫化物相比，三元過渡金屬硫化物具有更低的光學帶隙和更高的導電性，可以獲得優異的速率性能。例如，NiCo₂S₄的導電性是NiCo₂O₄的100倍左右，比鎳或鈷氧化物的導電性高4個數量級，因為它的帶隙更小。到目前為止，幾種形態多樣的金屬鈷基硫化物(例如Ni-Co-S，Fe-Co-S，Zn-Co-S等)作為SCs的電極材料得到了廣泛的研究。進一步提高電極材料的電學性能使本領域技術人員研究的重點。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的電極材料的電學性能有待提高的缺陷而提供一種Ce-Co-S復合材料及其制備方法和應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種Ce-Co-S復合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)將可溶性鈷鹽、可溶性鈰鹽、尿素及氟化銨溶于水中，加入硫代乙酰胺進行水熱反應；

(2)反應結束后，經冷卻、離心、洗滌、干燥，得到所述的Ce-Co-S復合材料。

進一步地，所述的可溶性鈷鹽為硝酸鈷，所述的可溶性鈰鹽為硝酸鈰。

進一步地，所述的可溶性鈷鹽、可溶性鐵鹽、氟化銨與尿素的摩爾比為1:(0.5-2):(5-8):(4-6)。

進一步地，所述的硫代乙酰胺與可溶性鈷鹽的比例為(0.1-0.5)g：1mol。

進一步地，所述的水熱反應過程中，溫度為150-200℃，時間為12-24h。

進一步地，所述的干燥過程為真空干燥，干燥溫度為60-80℃，時間為12-24h。