[發明專利]一種雙離子水系儲能器件的制備方法

有效

• 申請號: 202011064878.3
• 申請日: 2020-10-01
• 公開（公告）號: CN112382513B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 劉博天;江林峰;石成龍;劉勇平
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/86;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/46;H01G11/62;H01M4/26;H01M4/48;H01M4/583;H01M10/28
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本發明公開了一種雙離子水系儲能器件的制備方法。(1)將金屬銅片經過清洗等預處理，通過一定條件的陽極氧化，在管式爐中高溫燒結，得到CuO納米陣列電極；(2)將商用碳布經過清洗等預處理，通過一定條件的電化學沉積、碳包覆和高溫碳化，得到VC/V₂O₃/C納米復合電極；(3)將上述兩種電極通過隔膜分開，在KOH電解液中，組裝成水系儲能器件，這種儲能器件具有獨特的雙離子儲能特性，即CuO與OH^?氧化還原反應，VC/V₂O₃/C與K⁺氧化還原反應。因此，本發明使用制備簡單的方法，發明了一種雙離子水系儲能器件，其優異的電化學性能，在電化學儲能器件中是很有應用前景的。

技術領域

本發明涉及電化學儲能器件領域，具體是一種雙離子水系儲能器件的制備方法

背景技術

隨著人類科學技術的進步，化石能源的消耗同時導致了嚴重環境問題。因此，開發能夠利用清潔能源的電化學儲能器件成為了研究熱點。其中，水系超級電容器/電池具有充放電速度快，循環壽命長，價格低等優點被認為是理想的儲能器件。

眾所周知，與存儲單一陽離子(Li，Na，K離子等)比較多離子的存儲方式能夠有效提升器件能量密度。但水系環境下，缺乏有關多離子存儲器件的相關設計。

鑒于此，本發明特提出通過正負極材料與堿性電解液的陰陽離子同時發生氧化還原反應來促進電荷存儲，實現高的比容量，從而顯著提升儲能器件的能量密度。因此，本發明使用操作簡單的方法，發明了一種雙離子水系儲能器件。其優異的電化學性能，在電化學儲能器件中是很有應用前景發明。

發明內容

本發明的在于提供一種雙離子水系能量存儲器件的設計方法，該方法能夠有效的提升器件能量存儲密度。其中，存儲(OH^-)陰離子的關鍵正極材料可包括CuO、NiO、Co₃O₄中的一種或多種的混合物。

本發明是這樣實現的：本發明的實施例中，提供了一種雙離子能量存儲器件的設計方法，其包括：正極材料選用CuO納米陣列電極，負極材料選用VC/V₂O₃/C納米復合電極，電解液選用KOH溶液。其制備方法是將制備好的CuO納米陣列電極和VC/V₂O₃/C納米復合電極用隔膜分開，組裝在水系電解液中。

(1)所述正極材料CuO納米陣列電極制備步驟如下：

a.將金屬基底依次在去離子水，酸溶液和乙醇中超聲清洗，并真空干燥；

b.配置一定濃度的KOH電解液，通過直流穩定電源陽極氧化法制得金屬氫氧化物電極；

c.在氬氣氛圍下，通過高溫燒結將金屬氫氧化物失水制得金屬氧化物納米線。

所述步驟a中的金屬基底為商用金屬銅片，超聲清洗時間10～30min，真空干燥溫度40～100℃，干燥時間6～12h。。

所述步驟b中的KOH濃度為2～6M，陽極氧化電壓為1～3V，時間20～60min，電解池中陽極為銅片，陰極為鉑片，金屬氫氧化物為Cu(OH)₂，金屬氧化物為CuO。

所述步驟c中的高溫條件為先150℃保溫3h，再200～350℃保溫3h。

(2)所述負極材料VC/V₂O₃/C納米復合電極制備步驟如下：

a.將商用碳布依次在去離子水，酸溶液和乙醇中超聲清洗，并真空干燥；

b.配置一定濃度的VOSO₄電解液，通過電化學沉積技術將釩氧化物沉積到商用碳布上；