[發明專利]一種用于超級電容器的雙金屬硒化物-多孔碳復合材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202210431433.7
• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN114783786A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 張玉堂;孫悅;朱騁興;楊嘉俊;李師奇;張俊豪;郭興梅
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/26;H01G11/24;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

一種用于超級電容器的雙金屬硒化物?多孔碳復合材料及其制備方法與應用，以活化處理的三維多孔碳骨架為基底材料，將硝酸鈷、2?甲基咪唑在碳骨架表面反應，Co?MOF均勻生長于多孔碳骨架上；再浸入硝酸鎳乙醇溶液中，制得氫氧化鈷鎳生長于碳骨架上；再通過水熱硒化制得多孔碳負載硒化鈷鎳復合材料。本發明復合材料能有效防止活性物質堆疊和脫落，提高氧化還原活性位點和結構穩定性，作為超級電容器電極材料，展現出優異倍率和循環性能，且具有溶劑綠色、工藝簡單、反應短、產率高等優點，應用前景良好。

技術領域

本發明涉及一種用于超級電容器的雙金屬硒化物-多孔碳復合材料及其制備方法與應用，屬于新材料技術領域。

背景技術

為實現碳達峰和碳中和的目標，一直致力于開發清潔和可再生能源轉換和存儲系統，例如超級電容器（SCs）、鋰離子電池（LIBs）等。儲能器件中鋰離子電池和超級電容器憑借各自的優勢成為研究熱點。超級電容器作為一種新型儲能器件，具有功率密度大、充電速度快、循環壽命長、環境友好、安全等優點。基于超級電容器的儲能機理，電極材料對提升超級電容器的性能起著決定性作用。

近年來，過渡金屬硫族化合物由于其理論比容量大、價態多樣的特點，已成為超級電容器中的石墨雙功能電極材料的可行替代品[Energy Stor. Mater. 2020, 31, 252.]。與相應的氧化物和硫化物相比，過渡金屬硒化物具有更高的離子擴散動力學(1×10^-5 S?m^-1)和更高的電極電導率(1 × 10^-3 S?m^-1)，這有利于在超級電容器中穩定可靠地工作[Nano Res. 2021, 14, 896-896.]。例如，通過液相技術制得的SnSe 納米片在 0.5 A?g^-1時具有 228 F?g^-1 的高比電容，在 10 A?g^-1時具有117 F?g^-1的優異倍率性能，在1.0 A?g^-1下1000次循環后的 99.0% 初始容量保持率 [ACS Nano, 2014, 8, 3761-3770.]。硒化鋅鈷(ZCS)作為一種電池型超級電容器電極材料，在2 A?g^-1時具有1419 C?g^-1的高比容量，并且ZCS//AC電池-超級電容器混合器件實現了1.6 V的寬電位窗口和77.78 Wh kg^-1的高比能量，以及222 W?kg^-1的比功率，10000次循環后初始容量保持率仍高達80% [J. Energy Storage, 2020, 31: 101663.]。然而，過渡金屬硒化物電極材料面臨著電導率低、離子/電子運輸動力學緩慢、循環穩定性低的問題，阻礙了其實際應用[ Chem. Eng. J., 2019,364, 320.]。

針對上述亟待解決的難題，合理的結構設計和復合工程是可行的策略。如果將電極活性材料設計成二維超薄結構，可以緩解體積膨脹，有利于電子傳輸速率，增加活性位點的數量；同時，可以將過渡金屬硒化物與三維多孔碳骨架強力復合以適應體積膨脹。利用獨特的層次結構和雙金屬硒化物的協同效應，三維多孔Ni-Co-Se/C復合材料作為超級電容器電極材料表現出優異的倍率和循環性能。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種用于超級電容器的雙金屬硒化物-多孔碳復合材料及其制備方法與應用，所制備的三維多孔Ni-Co-Se/C復合材料有利于氧化還原活性位點的暴露，有序的孔陣列保證了電極和電解質之間的充分接觸。此外，這種獨特的結構使三維多孔碳骨架和Ni-Co-Se之間的離子/電子轉移和擴散更加有效，有效地加速了電化學反應動力學。Ni-Co-Se/C復合材料應用于超級電容器，具有優異的倍率和循環穩定性。

為解決現有技術問題，本發明采取的技術方案為：