[發明專利]一種多孔SiC@PANI核/殼納米線準陣列的制備方法及其在超級電容器中應用

在審

• 申請號: 202210007647.1
• 申請日: 2022-01-06
• 公開（公告）號: CN114464470A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 高鳳梅;李維俊;王瑞瑩;李侃;楊為佑
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/48;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(特殊普通合伙) 33243
• 代理人: 洪珊珊

本發明涉及一種多孔SiC@PANI核/殼納米線準陣列的制備方法及其在超級電容器中應用，屬于能源制造技術領域。本發明公開了一種多孔SiC@PANI核/殼納米線準陣列的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：將聚硅氮烷和三聚氰胺的粉末混合后置于覆蓋有碳基材的坩堝中，通過化學氣相沉積法在碳基材上負載SiC納米線；然后將負載有SiC納米線的碳基材作為陽極，將鉑片電極作為陰極，苯胺酸性溶液作為電解液，通過脈沖電沉積獲得多孔SiC@PANI核/殼納米線準陣列。本發明還公開了一種多孔SiC@PANI核/殼納米線準陣列及其在超級電容器中應用。

技術領域

本發明屬于能源制造技術領域，涉及一種多孔SiC@PANI核/殼納米線準陣列的制備方法及其在超級電容器中應用。

背景技術

目前，對鋰離子電池，燃料電池和超級電容器等能量存儲裝置的需求不斷增加，迫使科研人員尋找可持續的能量存儲技術。在各種候選儲能器件中，超級電容器因其吸引人的特性而引起了人們的極大興趣。如高功率，優異的循環穩定性，快速充放電，環境友好和壽命長。這些重要的屬性在當今快速增長的電子工業中保持適用于便捷式存儲系統的需求。然而，盡管具有上述優異的特征，其實際應用的主要障礙是低能量密度。至今為止，增強超級電容器性能的常用方法是通過優化材料的固有性質，并采用適當的電極結構設計。因此，開發具有優異的電化學性質和結構的能量存儲活性材料，來迅速增加超級電容器的能量密度已成為一項迫切的任務。

聚苯胺(PANI)作為一種贗電容材料，由于其高理論電容，低成本，易于合成，可在各種基板上用作涂層等，因此，近幾十年來得到廣泛的研究。然而，PANI作為超級電容器電極活性材料在其穩定性和利用率方面仍然具有明顯的問題，包括：i)聚苯胺骨架在儲能過程中的膨脹和收縮破壞了材料結構，ii)PANI在快速儲能過程中的利用率相對較低，這限制了電極儲能活性物質負載量。因此，進一步尋求簡單有效的方法來設計和制備具有穩定結構高負載量的PANI電極十分必要的。

最近，為了克服上述問題，一種有效的方法是將PANI納入導電材料，例如碳和碳化物，以提高電化學性能。復合材料還限制了PANI的體積膨脹和收縮，同時提高了復合材料的整體電子傳遞效率。另一種方法是形成定向PANI，即在導電基體上形成良好的納米結構陣列，而不是粉末形式，這可以促進電解質快速滲透到納米線的間隙中，從而充分利用電極表面積并導致高比電容，以及優異的倍率性能。

盡管到目前為止，聚苯胺材料已經取得了相當大的進展，但設計和制造具有智能納米結構的先進聚苯胺基復合電極材料來提高整體性能仍然是一個艱巨的挑戰。因此，基于以上討論，如果能探索一種有效的超級電容制備方法，將有望解決目前超級電容器存在的主要問題，有力推動其在微電路領域的應用。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的上述問題，提出了一種通過原位合成方法制備多孔SiC@PANI準陣列，并將其應用于超級電容器。

本發明的目的可通過下列技術方案來實現：

一種多孔SiC@PANI核/殼納米線準陣列的制備方法，所述制備方法包括：將聚硅氮烷和三聚氰胺的粉末混合后置于覆蓋有碳基材的坩堝中，通過化學氣相沉積法得到SiC納米線；然后將負載有SiC納米線的碳基材作為陽極，將鉑片電極作為陰極，苯胺酸性溶液作為電解液，通過脈沖電沉積獲得SiC@PANI核/殼納米線準陣列。

相對于排列整齊的普通陣列，本發明的碳化硅納米線以近乎垂直的方式排列在碳布的纖維，因此稱之為準陣列。

作為優選，所述脈沖電沉積過程設置脈沖電源交流模式，占空比為 45-55％，電壓為0-1.5V，頻率為45-55Hz，時間為40-75min。

進一步優選，所述脈沖電沉積過程的電壓為0-1.2V，時間為50-70min。