[發(fā)明專利]一種水熱-電沉積法制備亞硒酸鹽-硫化物復(fù)合納米材料的方法及其應(yīng)用

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• 申請日: 2022-08-19
• 公開（公告）號: CN115064390A
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 柳偉;宋金玥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: H01G11/22
• 分類號: H01G11/22;H01G11/86;H01G11/32
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本發(fā)明提供了一種亞硒酸鹽?硫化物納米復(fù)合材料的制備方法。通過水熱法在鍍鎳碳布原位生長亞硒酸鎳，進(jìn)而通過電沉積在其表面生長過渡金屬硫化物。亞硒酸鹽作為超級電容器正極材料的增強相，一方面提升復(fù)合材料的導(dǎo)電性，另一方面釋放出硒酸根，與硫化物釋放出的硫酸根同時吸附在材料表面，促進(jìn)電化學(xué)過程中的氧化還原動力學(xué)。所制備的亞硒酸鹽?硫化物復(fù)合納米電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的超級電容器性能，在電流密度為1A g^?1時，其比容量為3509F g^?1。與商用活性炭組成的不對稱超級電容器在844W kg^?1的功率密度下達(dá)到了141Wh kg^?1的高能量密度。該超級電容器具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，在5A g^?1條件下，經(jīng)過25000次循環(huán)后，容量保持率為100.2%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)儲能器件領(lǐng)域，特別涉及一種水熱-電沉積法制備的亞硒酸鹽-硫化物復(fù)合納米材料的方法，以及在超級電容器方面的應(yīng)用研究。

背景技術(shù)

能源的短缺推動了電化學(xué)儲能設(shè)備的發(fā)展。其中，超級電容器由于其較長的循環(huán)壽命、快速的充電和放電、高的功率密度而受到廣泛關(guān)注。然而，較低的能量密度限制了它們在實際應(yīng)用層面的進(jìn)一步發(fā)展。非對稱超級電容器是彌合電容器和電池之間差距的有效途徑，通過提高電池電壓和增強電極材料的比容量，可以有效提高非對稱超級電容器中用于實際應(yīng)用的能量密度。非對稱超級電容器的性能與電極材料的性能直接相關(guān)。因此，設(shè)計一種具有高容量和長循環(huán)壽命的陰極材料已成為人們關(guān)注的焦點。

過渡金屬化合物具有很高的理論容量，被認(rèn)為是一種極有前途的超級電容器的正極材料。過渡金屬正極材料在堿性電解質(zhì)中的性能受限于兩個方面。第一個是材料的導(dǎo)電性。第二個是在電化學(xué)過程中的氧化還原反應(yīng)動力學(xué)。因此，在構(gòu)建合理的正極材料結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮這兩個方面。

本發(fā)明基于過渡金屬硫化物作為主要的活性材料。采用一種簡單的水熱-電沉積法制備亞硒酸鹽-硫化物復(fù)合納米材料，構(gòu)建了亞硒酸鹽和硫化物的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，顯著提高了材料的導(dǎo)電性，并在電化學(xué)反應(yīng)過程中提供額外的導(dǎo)電途徑。亞硒酸鹽-硫化物復(fù)合納米材料在電化學(xué)過程中釋放出的硫酸根和硒酸根基團在材料表面的吸附促進(jìn)了氫氧根的解吸，增強了材料的電極反應(yīng)活性。這種復(fù)合材料的超級電容器性能得到了明顯的改善，具有高比容量、優(yōu)異的倍率性能和長循環(huán)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題是通過引入亞硒酸鹽為電化學(xué)性能增強相，利用一種水熱-電沉積法合成亞硒酸鹽-硫化物復(fù)合納米材料。最終，將其用作超級電容器的電極材料，研究其電化學(xué)性能。

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

取硫酸鎳、硼酸溶解于去離子水中，將碳布清潔干凈后，作為工作電極在上述溶液中進(jìn)行電化學(xué)沉積，之后取出樣品烘干，獲得鍍鎳碳布。將鍍鎳碳布放置于亞硒酸、碳酸氫鈉、硫酸鎳和氨水的混合溶液中，對其加熱并冷卻至室溫，取出樣品并清潔烘干，得到原位生長亞硒酸鎳的鍍鎳碳布。將樣品作為工作電極，硝酸鈷、硝酸鎳、氯化錳、硫代乙酰胺、氯化鉀的混合溶液作為電解液，進(jìn)行電化學(xué)沉積。最后用去離子水沖洗多次，洗掉多余的雜質(zhì)和無機鹽，放入真空烘箱中干燥。最終將得到亞硒酸鹽-硫化物復(fù)合納米材料，用作為超級電容器的電極材料。

⑴與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：通過構(gòu)建亞硒酸鹽-硫化物復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，兩相之間存在明顯的界面相互作用，有利于電子的定向傳導(dǎo)，顯著增強了材料的導(dǎo)電性。

⑵亞硒酸鹽-硫化物復(fù)合納米結(jié)構(gòu)在充放電過程中轉(zhuǎn)變?yōu)檫^渡金屬氫氧化物繼續(xù)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，而釋放出來的硫酸根和硒酸根在過渡金屬氫氧化物表面發(fā)生吸附，有利于氫氧根的吸附和質(zhì)子氫的脫去，增強了材料的氧化還原反應(yīng)動力學(xué)。

⑶水熱-電沉積法合成亞硒酸鹽-硫化物復(fù)合納米材料表現(xiàn)出高的比電容和高的能量密度，并且具有長的循環(huán)壽命。這為非對稱電容器在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新的路線。

附圖說明