一种FeSx/C/CNT复合超级电容器电极制造技术

本发明专利技术公开了一种FeSx/C/CNT超级电容器电极，属于超级电容器电极技术领域。本发明专利技术包括金属集流体、涂覆在集流体上的活性物质和用于涂覆活性物质的粘合剂，其中金属集流体为泡沫镍，活性物质包括多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料和导电剂，粘合剂为聚四氟乙烯。本发明专利技术的FeSx/C/CNT复合超级电容器电极具有较高的比电容和较高的倍率性能，可解决超级电容器过渡金属硫化物电极材料合成方法有限和性能不足的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种FeSx/C/CNT复合超级电容器电极
本专利技术涉及一种FeSx/C/CNT超级电容器电极，属于超级电容器电极

技术介绍
超级电容器通常包含双电极、电解质、集流体、隔离物四个部件。其中，电极材料是关键，它决定着电容器的主要性能参数。作为超级电容器的电极材料，不仅要求有高的比容量，而且应具备较低的内电阻，以满足大电流快速充放电的要求。同时，电极材料必须容易在电极/电解质界面上形成双电层电容或法拉第赝电容，并具有适当的化学、力学稳定性和良好的电子、离子导电性。目前常用的电极材料有碳基材料电极、导电聚合物电极和金属氧化物电极，但是目前超级电容器的能量密度仍相对较低，超级电容器电极活性低。
技术实现思路
针对现有技术中超级电容器电极存在的问题，本专利技术提供一种FeSx/C/CNT超级电容器电极，本专利技术的FeSx/C/CNT超级电容器电极材料具有高的比表面积、稳定的碳导电框架，能提供高的比电容和优异的倍率性能及循环稳定性。一种FeSx/C/CNT超级电容器电极，包括金属集流体、涂覆在集流体上的活性物质和用于涂覆活性物质的粘合剂，其中金属集流体为泡沫镍，活性物质包括多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料和导电剂，粘合剂为聚四氟乙烯（PTFE）。所述多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料的制备方法，具体步骤如下：（1）将铁源溶解到去离子水中，然后加入碳源和碳纳米管并混合均匀，再加入硫源，溶解后喷雾干燥得到FeSx/C/CNT复合材料前驱体；（2）将步骤（1）FeSx/C/CNT复合材料前驱体置于温度为400~600℃、惰性气体氛围条件下煅烧4~8h，随炉冷却，采用去离子水洗涤，然后真空干燥即得多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料。进一步地，所述步骤（1）中铁源为硫酸亚铁、硫酸铁、绿化亚铁、硝酸亚铁或硝酸铁，碳源为葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、PAN（聚丙烯腈）、PVP（聚乙烯吡咯烷酮）、PEG（聚乙二醇）、PVA（聚乙烯醇）、PVDF（聚偏氟乙烯）、CMC（羧甲基纤维素钠）、聚吡咯、酚醛树脂或沥青，硫源为硫代硫酸钠。进一步地，所述步骤（1）硫源和铁源的摩尔比为(1~2):1，碳源的质量g:铁源的摩尔量mol的比为(0.4~2.0):0.01，碳纳米管的质量g:铁源的摩尔量mol的比为(0.25~1.0):0.01;。进一步地，所述步骤（1）喷雾干燥的入口温度为160~220℃，出口温度为100~150℃。所述多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料、导电剂和粘合剂的质量比为(8~10):1:1；活性物质的负载量为2.0~5.0mg·cm-2。优选的，本专利技术的FeSx/C/CNT超级电容器电极作为超级电容器电极时，电解液为KOH溶液，其中KOH溶液的浓度为3mol/L。本专利技术的有益效果：本专利技术的FeSx/C/CNT复合超级电容器电极具有很高的比电容和优异的倍率性能及循环稳定性；室温下，在1A/g、2A/g、3A/g和5A/g电流密度下充放电循环，按多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料计算，比电容分别为617.5F/g、508.0F/g、436.1F/g和365.0F/g。附图说明图1为实施例1中多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料的SEM图；图2为实施例1中多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料的XRD图；图3为实施例1中FeSx/C/CNT复合超级电容器电极在1A/g电流密度下的恒流充放电曲线图；图4为实施例1中FeSx/C/CNT复合超级电容器电极在2A/g电流密度下的恒流充放电曲线图；图5为实施例1中FeSx/C/CNT复合超级电容器电极在3A/g电流密度下的恒流充放电曲线图；图6为实施例1中FeSx/C/CNT复合超级电容器电极在5A/g电流密度下的恒流充放电曲线图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：一种FeSx/C/CNT复合超级电容器电极，包括金属集流体（泡沫镍流体）、涂覆在集流体上的活性物质和用于涂覆活性物质的粘合剂（聚四氟乙烯），其中活性物质包括多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料和导电剂，多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料、导电剂（乙炔黑）和粘合剂（聚四氟乙烯(PTFE)）的质量比为10:1:1；活性物质的负载量为5.0mg·cm-2；所述多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料的制备方法，具体步骤如下：（1）将铁源（硫酸亚铁）溶解到去离子水中，然后加入碳源（葡萄糖）和碳纳米管并混合均匀，再加入硫源（硫代硫酸钠），溶解后喷雾干燥得到FeSx/C/CNT复合材料前驱体；其中铁源（硫酸亚铁）与硫源（硫代硫酸钠）的摩尔比为1:1，碳源（葡萄糖）的质量g:铁源（硫酸亚铁）的摩尔量mol的比为0.8:0.01，碳纳米管的质量g:铁源（硫酸亚铁）的摩尔量mol的比为0.5:0.01；喷雾干燥的入口温度为200℃，出口温度为130℃；（2）将步骤（1）FeSx/C/CNT复合材料前驱体置于温度为500℃、惰性气体（氩气）氛围条件下煅烧5h，随炉冷却，采用去离子水洗涤，然后真空干燥即得多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料；本实施例多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料的SEM图如图1所示，从图1中可知，FeSx/C/CNT复合材料呈微米级的类球形结构，且FeSx均匀分散在C/CNT形成的球形导电网络中；多孔结构的C/CNT球形导电网络能提高FeSx/C/CNT复合材料的导电性；能增加FeSx/C/CNT复合材料的比表面积，使得多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料具有较高的比电容和较高的倍率性能；本实施例多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料的XRD图如图2所示，从图2中可知，FeSx/C/CNT复合材料中的FeSx为Fe7S8，与标准卡片JCPDS:01-071-0647相符合；以浓度为3mol/L的KOH电解液为超级电容器电解液，饱和甘汞电极为参比电极，铂电极作对电极，本实施例的FeSx/C/CNT超级电容器电极做工作电极组装成三电极体系对FeSx/C/CNT超级电容器电极进行电化学性能测试；充放电截止电压限为-1.2~-0.4V；本实施例FeSx/C/CNT复合超级电容器电极在1A/g电流密度下的恒流充放电曲线图如图3所示；本实施例FeSx/C/CNT复合超级电容器电极在2A/g电流密度下的恒流充放电曲线图如图4所示；本实施例FeSx/C/CNT复合超级电容器电极在3A/g电流密度下的恒流充放电曲线图如图5所示；本实施例FeSx/C/CNT复合超级电容器电极在5A/g电流密度下的恒流充放电曲线图如图6所示；从图3~6可知，FeSx/C/CNT复合超级电容器电极具有很高的比电容和优异的倍率性能：室温下，在1A/g、2A/g、3A/g和5A/g电流密度下充放电循环，按多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料计算，比电容分别为617.5F/g、508.0F/g、436.1F/g和365.0F/g。实施例2：一种FeSx/C/CNT复合超级电容器电极，包括金属集流体（泡沫镍）、涂覆在集流体上的活性物质和用于涂覆活性物质的粘合剂（PTFE），其中活性物质包括多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料和导电剂，多孔类球形FeSx/C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种FeSx/C/CNT超级电容器电极，其特征在于：包括金属集流体、涂覆在集流体上的活性物质和用于涂覆活性物质的粘合剂，其中金属集流体为泡沫镍，活性物质包括多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料和导电剂，粘合剂为聚四氟乙烯。

【技术特征摘要】
1.一种FeSx/C/CNT超级电容器电极，其特征在于：包括金属集流体、涂覆在集流体上的活性物质和用于涂覆活性物质的粘合剂，其中金属集流体为泡沫镍，活性物质包括多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料和导电剂，粘合剂为聚四氟乙烯。2.权利要求1所述FeSx/C/CNT超级电容器电极，其特征在于：多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料的制备方法，具体步骤如下：（1）将铁源溶解到去离子水中，然后加入碳源和碳纳米管并混合均匀，再加入硫源，溶解后喷雾干燥得到FeSx/C/CNT复合材料前驱体；（2）将步骤（1）FeSx/C/CNT复合材料前驱体置于温度为400~600℃、惰性气体氛围条件下煅烧4~8h，随炉冷却，采用去离子水洗涤，然后真空干燥即得多孔类球形FeSx/C/CNT复合材料。3.根据权利要求2所述FeSx/C/CNT超级电容器电极，其特征在于：步骤（1）中铁源为硫酸亚铁、硫酸铁、绿化亚铁、硝酸亚铁或硝酸铁，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张义永，张英杰，董鹏，李雪，纪琳琳，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53