[發明專利]一種基于二硒化鈮的水系非對稱超級電容器

在審

• 申請號: 202110424858.0
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113130212A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 李國華;夏超;胡鑫;黃輝;侯蕊;周雪;王寧
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/86
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發明公開了一種基于二硒化鈮的水系非對稱超級電容器，其是以二硒化鈮納米片作為正極活性材料。本發明所得水系非對稱電容器具有優異的電化學性能，能量密度高、循環穩定性好、庫倫效率高。

技術領域

本發明屬于電子材料和器件領域，具體涉及一種基于二硒化鈮的水系非對稱超級電容。

背景技術

在所有的能量存儲系統中，超級電容器因具有相對較高的功率、快速充電、良好的循環穩定性以及低維護成本等優點，而成為最有前途的候選者。超級電容器的電容源自活性電極材料的雙電層能量存儲機制或法拉第氧化還原誘導的偽電容機制。與燃料電池相比，超級電容器的能量密度非常低。通過開發非對稱超級電容器，可以進一步提高超級電容器的能量密度。在非對稱結構配置下，兩種不同電極材料的不同電壓窗，會使得合成操作電位窗最大，從而達到增加合成能量密度的效果。

在非對稱超級電容器結構中，通常以碳質材料和它們的衍生物(例如石墨烯、活性炭或碳納米管)作為陽極，以贗電容材料(例如NiO，MnO₂，Fe₃O₄和RuO₂)、導電聚合物以及碳基材料作為陰極。其中，高比電容來自可逆表面法拉第氧化還原反應誘導的偽電容。然而，這些材料的電子電導率不能令人滿意，嚴重限制了它們在超級電容器中的廣泛應用。

儲能研究界一直在尋找具有將電池高能量密度的優點與超級電容器的長壽命和短充電時間相結合的潛力的材料。

發明內容

基于上述現有技術所存在的問題，本發明提供了一種基于二硒化鈮的水系非對稱超級電容器，旨在通過選擇合適的活性材料二硒化鈮，獲得功率高、充電快、循環穩定性好、性能優異的超級電容器。

本發明為實現發明目的，采用如下技術方案：

本發明首先提供了一種二硒化鈮納米片的應用，是用于作為水系非對稱超級電容器的正極活性材料。低維剝離的二硒化鈮納米片具有優越的金屬性能(電導率約為10⁴S/cm)，可以提供增強的電荷存儲能力。且二硒化鈮納米片在環境溫度下是金屬，在低溫下可以表現出超導性。由于其優異的金屬導電性以及在非對稱電容器領域的贗電容儲能機制，使得二硒化鈮作為非對稱超級電容器電極方面具有較大的吸引力。

本發明還提供了一種基于二硒化鈮的水系非對稱超級電容器，其特點在于：所述水系非對稱超級電容器是以二硒化鈮納米片作為正極活性材料。

進一步地，所述二硒化鈮納米片是以二硒化鈮粉末為原料，通過超聲剝離制得。所述超聲剝離的步驟為：將50mg二硒化鈮粉末置于由乙醇與去離子水按體積比3:7構成的10mL混合液中，在冰水浴條件下，以30～50W的功率超聲0.5～1h，然后以2500～3000rpm的轉速離心30min，獲得含二硒化鈮納米片的上清液。

在超聲過程中，通過使用冰水浴的方式讓混合溶液保持穩定的溫度，避免超聲時間過長導致的溫度過高。超聲完成后進行離心，在多次實驗中，如果離心速度高于3000rpm，則所得的二硒化鈮的分散體將會變為無色，這就表明上清液中的二硒化鈮納米薄片較少，利用率會很低。

和其它二維材料類似，相鄰的二硒化鈮納米片受到范德華力的影響，容易發生聚集，這樣會一定程度上減少納米片的層間距，從而限制電解質離子的傳輸，在非對稱超級電容器中納米片與電解液離子之間的有效連接也會受到阻礙。而本發明二硒化鈮納米片的制備方法，可以有效解決上述問題。

將本發明制得的含二硒化鈮納米片的上清液與聚偏氟乙烯、乙炔黑按質量比8:1:1在NMP中混合并超聲均勻，所得漿料滴涂在干燥好的泡沫鎳上，即可作為水系非對稱超級電容器的正極。同時，將活性炭作為負極活性材料，按上述方法制成負極，并以氫氧化鉀溶液作為電解質，即可獲得水系非對稱超級電容器。

本發明的有益效果體現在：