[發明專利]一種MXene/金納米顆粒復合電極材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010111680.X
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111370234B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 候新梅;武偉;楊濤;王恩會;陳俊紅;李斌
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30;H01G11/32
• 代理公司: 北京中強智尚知識產權代理有限公司 11448
• 代理人: 黃耀威

本發明提供了一種MXene/金納米顆粒復合電極材料的制備方法，其步驟包括：制備濃度為0.5?2mg/ml的片狀MXene膠體溶液；制備質量分數為0.1?1％的氯金酸水溶液；按氯金酸與MXene的質量比為1:3?1:30分別取所述氯金酸水溶液和所述MXene膠體溶液混合，以100?2000rpm的速度電磁攪拌10?60min，得到顆粒大小為20?35nm的金納米顆粒均勻沉積于MXene片層表面上的MXene/金納米顆粒復合材料；將所述MXene/金納米顆粒復合材料通過真空抽濾制成柔性薄膜，即為MXene/金納米顆粒復合電極材料。本發明提供的一種MXene/金納米顆粒復合電極材料的制備方法，制得的MXene/金納米顆粒復合電極材料電化學性能高且柔性好。

技術領域

本發明涉及無機非金屬能源材料技術領域，特別涉及一種MXene/金納米顆粒復合電極材料的制備方法及其應用。

背景技術

超級電容器作為一種介于電池與傳統電容器間的新型能量儲存器件，因其具有功率密度高、充放電效率高、循環穩定性好、綠色環保等特點而備受關注。近年，隨著便攜式和可穿戴電子設備的迅速發展，柔性超級電容器作為儲能裝置的潛在應用潛力引起了人們的極大關注，而柔性電極材料作為柔性超級電容器的核心組成部分，是開發的關鍵。

近年來，二維電極材料，如石墨烯、MXene、過渡金屬硫化物、黑磷等，因其高比表面積、優異的電子和機械性能而得到了廣泛的研究，尤其是MXene以其優異的導電性、成膜性和柔性，成為柔性電極材料極具競爭力的備選材料。目前，可通過氫氟酸(HF)等含氟腐蝕液選擇性腐蝕MAX相來合成2D MXene。然而，像石墨烯一樣，通過二維MXene納米片堆疊成膜，由于相鄰納米片之間的強范德瓦力相互作用，在干燥和電極制造過程中，納米片會出現聚集和自堆疊，阻止電解液滲透到各層，導致可用表面積的巨大損失；同時片與片之間的晶界，導致電荷傳輸阻力大大增加，從而出現MXene成膜后，在膜的橫向上電導率很高，而縱向上導電率急劇下降。更重要的是這兩個問題具有矛盾性，想要比表面積大，就要膜材料疏松，這必然導致層與層之間電阻變大，要想層與層之間導電性能好，必須膜材料緊實，這又導致比表面積降低。此問題大大限制了MXene電極材料的電化學性能及實際應用。目前解決此問題的常用方法忽略次要因素，抓主要因素，在這兩個問題中，膜材料的導電性才是電極材料的關鍵性因素，因此目前主要是采用膜材料的壓實方法來提升性能，未找到更好的能兼顧兩個問題的解決辦法。

為了同時解決以上兩個問題，提升MXene膜電極材料的性能，通常是在薄片之間引入層間間隔物防止成膜后重新阻塞和比表面積的減少；同時層間間隔物選用導電性和穩定性都非常優異的貴金屬納米顆粒，貴金屬納米顆粒不僅本身具有非常高的比表面積，同時其優異的導電性成為層與層之間的導電橋梁，在不壓實的情況下，增加層與層之間的導電率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種超電性能更優異的的MXene/金納米顆粒復合電極材料的制備方法及其應用，以解決MXene納米片堆疊成膜后，高導電性能與高比表面積二者不能兼得，從而限制MXene電極材料性能不能進一步提升的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種MXene/金納米顆粒復合電極材料的制備方法，包括如下步驟：

制備濃度為0.5～2mg/ml的MXene膠體溶液；

制備質量分數為0.1～1％的氯金酸水溶液；

按氯金酸與MXene的質量比為1:3-1:30分別取所述氯金酸水溶液和所述MXene膠體溶液混合，電磁攪拌10-60min，得到顆粒大小為20-35nm的金納米顆粒均勻沉積于MXene片層表面上的MXene/金納米顆粒復合材料；

將所述MXene/金納米顆粒復合材料通過真空抽濾制成柔性薄膜，即為MXene/金納米顆粒復合電極材料。

進一步地，所述電磁攪拌的攪拌速度為100-2000rpm。