[發(fā)明專利]用于超級電容器的納米四氧化三鈷/氮摻雜三維多孔碳骨架復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010127561.3
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111261431B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 藺華林;劉順昌;胡曉敏;李夢琰;陳哲;嚴(yán)春陽;李欣;韓生
• 申請（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/46;H01G11/34;H01G11/36
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種用于超級電容器的納米四氧化三鈷/氮摻雜三維多孔碳骨架復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)取三聚氰胺泡沫洗滌干燥，再高溫碳化，得到碳骨架；(2)將六水合硝酸鈷、氟化銨、尿素加入去離子水，超聲混勻，再加入步驟(1)所得碳骨架，水熱處理；(3)待步驟(2)的水熱產(chǎn)物冷卻至室溫后，取出洗滌干燥，煅燒，得到目的產(chǎn)物納米Co₃O₄/氮摻雜三維多孔碳骨架復(fù)合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以碳化的三聚氰胺泡沫作為碳骨架，價格低廉，節(jié)約成本，同時加快電解質(zhì)離子的傳輸和擴(kuò)散，所制備的復(fù)合材料增強了贗電容超級電容器的導(dǎo)電性、功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性，提供了優(yōu)良的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超級電容器電極材料制備領(lǐng)域，涉及一種用于超級電容器的納米四氧化三鈷/氮摻雜三維多孔碳骨架復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

日益增長的能源需求和環(huán)境污染不僅要求迫切發(fā)展清潔能源和有效控制污染物排放，而且要求更有效的能源儲存裝置。目前，雙電層超級電容器已逐步進(jìn)入商業(yè)領(lǐng)域，并顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＳ捎陔x子吸附機理，雙電層超級電容器的電容受到限制，而基于氧化還原反應(yīng)存儲機制的贗電容超級電容器具有能量密度和比容量高的優(yōu)勢。如果能將其功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性提高到一個較高的水平，必將顯示出比雙電層電容器更大的儲能優(yōu)勢。許多過渡金屬氧化物或氫氧化物和導(dǎo)電聚合物被選為電極材料，以提高贗電容電容器的存儲性能，但由于其相對較低的速率性能和穩(wěn)定性，還存在一定的缺陷。至于成本，其中一些只限制在少數(shù)應(yīng)用程序。在這些材料中，鈷氧化物是較便宜的理論電容高的贗電容材料，引起了人們的廣泛關(guān)注。對于過渡金屬氧化物電極材料而言，其導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性較差，本發(fā)明正是為了解決上述問題而提出的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于超級電容器的納米四氧化三鈷/氮摻雜三維多孔碳骨架復(fù)合材料的制備方法。以碳化的三聚氰胺泡沫作為碳骨架，價格低廉，節(jié)約成本，同時加快電解質(zhì)離子的傳輸和擴(kuò)散，所制備的納米Co₃O₄/氮摻雜三維多孔碳骨架復(fù)合材料增強了贗電容超級電容器的導(dǎo)電性、功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性，提供了優(yōu)良的電化學(xué)性能。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種用于超級電容器的納米四氧化三鈷/氮摻雜三維多孔碳骨架復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)取三聚氰胺泡沫洗滌干燥，再高溫碳化，得到碳骨架；

(2)將六水合硝酸鈷、氟化銨、尿素加入去離子水，超聲混勻，再加入步驟(1)所得碳骨架，水熱處理；

(3)待步驟(2)的水熱產(chǎn)物冷卻至室溫后，取出洗滌干燥，煅燒，得到目的產(chǎn)物納米Co₃O₄/氮摻雜三維多孔碳骨架復(fù)合材料。

進(jìn)一步的，步驟(1)中，高溫碳化的工藝條件為：在氮氣氣氛下進(jìn)行，溫度為600～900℃，時間為2～5h。

進(jìn)一步的，步驟(1)中，高溫碳化過程中，升溫速率為5～10℃/min。

進(jìn)一步的，步驟(2)中，碳骨架、六水合硝酸鈷、氟化銨、尿素的質(zhì)量比為1:(2～4):(2～4):(2～4)。

進(jìn)一步的，步驟(2)中，水熱處理的工藝條件為：水熱溫度為100～180℃，時間為10～24h。

進(jìn)一步的，步驟(3)中，煅燒的溫度為300～500℃，時間為2～5h。

進(jìn)一步的，所得納米Co₃O₄/氮摻雜三維多孔碳骨架復(fù)合材料研磨后，與碳黑和PTFE混合，再超聲、干燥后得到用于超級電容器的電極材料。