一种纳米花阵列柔性空气电极材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米花阵列柔性空气电极材料的制备方法，将乙酸镍、乙酸钴和硫化钠加入到去离子水中搅拌形成均匀混合溶液，再将混合溶液和碳布进行水热反应，反应结束后冷却至室温后取出产物，获得生长有CoNi2S4纳米花阵列的CP。本发明专利技术具有优异的机械强度稳定性和优异的电化学性能，包括高往返效率，良好的倍率性能和循环稳定性。

Nano flower array flexible air electrode material, preparation method and application thereof

The invention discloses a preparation method of nanoflower array flexible air electrode material. Nickel acetate, cobalt acetate and sodium sulfide are added to deionized water and stirred to form a uniform mixed solution, and then the mixed solution and carbon cloth are hydrothermally reacted. After the reaction is finished, the product is cooled to room temperature and the CoNi2S4 nanoparticles are obtained. The CP of the flower array. The invention has excellent mechanical strength stability and excellent electrochemical performance, including high reciprocating efficiency, good rate performance and cycle stability.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米花阵列柔性空气电极材料及其制备方法、应用
本专利技术涉及电极领域，具体涉及一种纳米花阵列柔性空气电极材料及其制备方法、应用。
技术介绍
近年来，柔性电子设备越来越受欢迎，因为它们可以在一定程度上弯曲，扭曲，滚动或拉伸，但仍然保持其功能。现阶段比较完善的柔性储能装置已成为研究领域的主要瓶颈。锂离子电池(LIB)最近被认为是柔性电源中的首选，但目前商品化锂离子电池的低理论能量密度本质上限制了它们在下一代柔性器件中的应用。幸运的是，可充电锂-氧(Li-O2)电池由于其理论能量密度极高(约3600Wh·kg-1)，已成为最有希望的电化学储能技术之一。尽管开发一种灵活的Li-O2电池理论上可以满足柔性器件对高能量密度电池的迫切需求，但该技术尚处于起步阶段，在投入实际应用前还存在诸多问题(如往返效率低，不稳定性和循环寿命较差等)。为了解决上述问题，开发合适的催化剂是实现Li-O2电池实际应用的关键环节。一方面，高性能催化剂可以加速提高氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的动力学，同时减少Li-O2电池的过电位，另一方面，活性催化剂可以有效地催化固体放电产物的形成/分解，这将改善Li-O2电池的循环性能和倍率性能。近年来，金属硫化物由于其优异的热稳定性和高的电催化活性而在包括析氢反应(HER)，二氧化碳转化和ORR在内的各种应用中被探索。然而，它们的低导电性限制了其电化学性能。为了克服这个问题，提高电子传导性的一个有效途径是使用电子导电材料作为催化剂的载体。碳布由于其独特的多孔结构和优异的导电性而被广泛用作Li-O2电池的集电体。同时，这种载体应该含有大量的介孔材料，为储存Li2O2提供更多的存储空间，金属硫化物的形态对催化活性也是至关重要的。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种纳米花阵列柔性空气电极材料及其制备方法、应用。本专利技术制得的纳米花阵列柔性空气电极材料为生长有CoNi2S4纳米花阵列的CP。本专利技术通过下述技术方案实现：一种纳米花阵列柔性空气电极材料的制备方法，将乙酸镍、乙酸钴和硫化钠加入到去离子水中搅拌形成均匀混合溶液，再将混合溶液和碳布进行水热反应，反应结束后冷却至室温后取出产物，获得生长有CoNi2S4纳米花阵列的CP。水热反应温度为180～200℃。水热反应时间为12～12.5h。乙酸镍、乙酸钴和硫化钠之间的摩尔比为2：1:8。到去离子水中搅拌时间为45～60min。碳布的清理为依次用乙醇和去离子水超声清洗30～45min。如前所述的制备方法得到的纳米花阵列柔性空气电极材料。纳米花阵列柔性空气电极材料在柔性和可穿戴电源中的应用。传统阴极是使用聚合物粘合剂将活性催化材料涂覆在集电体上构成的阴极，本专利技术采用一步水热生长法制备了具有柔性的、自支撑的和可恢复的CoNi2S4纳米花阵列生长在碳布上(f-CoNi2S4/CP)，避免了传统电极因使用聚合物粘合剂出现的产生副产物的问题。f-CoNi2S4/CP作为一种新型的阴极，具有优异的机械强度稳定性和良好的电化学性能，包括高放电容量，良好的倍率性能和循环稳定性。这种柔性阴极的新颖设计显示了其在其他柔性和可穿戴电源中的潜在应用。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术通过精心设计的技术方案，获得了具有优异性能的纳米花阵列柔性空气电极材料产品，该产品具有优异的机械强度稳定性和优异的电化学性能，包括高往返效率，良好的倍率性能和循环稳定性；2、本专利技术制得的产物的电化学性能：1)首次充放电性能：具有f-CoNi2S4/CP阴极的Li-O2电池在200mA/g的电流密度下，提供～7850mAh/g的高放电容量。2)倍率性能：具有f-CoNi2S4/CP阴极的Li-O2电池分别在不同电流密度下测试其倍率性能，当电流密度恢复到初始电流密度时，截止电压几乎没有衰减，表明具有良好的倍率性和可恢复性。3)循环性能：具有f-CoNi2S4/CP阴极的Li-O2电池在500mA/g的电流密度下稳定且可逆循环100次，并且无明显的电压变化，循环性能良好。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为实施例1所提供的纳米花阵列柔性空气电极材料放大15000倍SEM图；图2为实施例1所提供的纳米花阵列柔性空气电极材料放大200000倍SEM图；图3为实施例1所提供的纳米花阵列柔性空气电极材料BET图；图4为实施例1所提供的纳米花阵列柔性空气电极材料的XRD图；图5为实施例1所提供的纳米花阵列柔性空气电极材料作为锂空气电极材料的首次充放电图；图6为实施例1所提供的纳米花阵列柔性空气电极材料作为锂空气电极材料的倍率性能图；图7为实施例1所提供的纳米花阵列柔性空气电极材料作为锂空气电极材料的循环性能图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例11)碳布预处理：水热反应时间为12～12.5h。将商品碳布分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗30min，干燥待用。2)f-CoNi2S4/CP的合成：将2mmol乙酸镍，1mmol乙酸钴，和8mmol硫化钠加入到60ml去离子水中搅拌1h形成均匀混合溶液，随后将混合溶液和碳布(CP)转移到100ml的高压反应釜中，于180℃反应12h。待水热反应后，在室温下取出CP，并用乙醇和去离子水洗涤数次后干燥，最后获得生长有CoNi2S4纳米花阵列的CP(即f-CoNi2S4/CP)。由实施例1获得f-CoNi2S4/CP的形貌如图1、2所示，图3为其BET图，图4为其XRD图。首次充放电性能：具有f-CoNi2S4/CP阴极的Li-O2电池在200mA/g的电流密度下，提供～7850mAh/g的高放电容量。(如图5)。2)倍率性能：具有f-CoNi2S4/CP阴极的Li-O2电池分别在不同电流密度下测试其倍率性能，当电流密度恢复到初始电流密度时，截止电压几乎没有衰减，表明具有良好的倍率性和可恢复性(如图6)。3)循环性能：具有f-CoNi2S4/CP阴极的Li-O2电池在500mA/g的电流密度下稳定且可逆循环100次，并且无明显的电压变化(如图7)，循环性能良好。实施例21)碳布预处理：将商品碳布分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗30min，干燥待用。2)f-CoNi2S4/CP的合成：将2mmol乙酸镍，1mmol乙酸钴，和8mmol硫化钠加入到60ml去离子水中搅拌1h形成均匀混合溶液，随后将混合溶液和碳布(CP)转移到100ml的高压反应釜中，于200℃反应12.5h。待水热反应后，在室温下取出CP，并用乙醇和去离子水洗涤数次后干燥，最后获得生长有CoNi2S4纳米花阵列的CP(即f-CoNi2S4/CP)。本专利技术的实施例1和实施例2生产的产品由于均含有碳布，因此其他柔性和可穿戴电源中都可以得到有效应用。以上所述的具体实施方式，对本专利技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本专利技术的具体实施方式而已，并不用于限定本专利技术的保护范围，凡在本专利技术的精神本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米花阵列柔性空气电极材料的制备方法，其特征在于，将乙酸镍、乙酸钴和硫化钠加入到去离子水中搅拌形成均匀混合溶液，再将混合溶液和碳布进行水热反应，反应结束后冷却至室温后取出产物，获得生长有CoNi2S4纳米花阵列的CP。

【技术特征摘要】
1.一种纳米花阵列柔性空气电极材料的制备方法，其特征在于，将乙酸镍、乙酸钴和硫化钠加入到去离子水中搅拌形成均匀混合溶液，再将混合溶液和碳布进行水热反应，反应结束后冷却至室温后取出产物，获得生长有CoNi2S4纳米花阵列的CP。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，水热反应温度为180～200℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，水热反应时间为12～12.5h。4.根据权利要求1所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙剑平，胡安俊，舒朝著，陈建中，刘云菡，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51