一种Sr-Bi-O/C复合材料、其制备方法及其应用技术

技术编号:20428962 阅读:73 留言:0更新日期:2019-02-23 09:51
本发明专利技术提供了一种Sr‑Bi‑O/C复合材料、制备方法及其应用,所述复合材料是将平均粒径为50‑200nm的球形Sr‑Bi‑O材料分散于由碳纳米管或石墨烯形成的絮网状结构中,所述Sr‑Bi‑O/C复合材料中碳纳米管或石墨烯与Sr‑Bi‑O材料的重量比为1:4~8。本发明专利技术的Sr‑Bi‑O/C复合材料可负载于泡沫镍上制备超级电容器电极,该电极性能优异,具有较高的比电容量和倍率放电性能,同时循环稳定性能好。

A Sr-Bi-O/C composite material, its preparation method and Application

The present invention provides a Sr_Bi_O/C composite material, a preparation method and its application. The composite material is spherical Sr_Bi_O material with an average particle size of 50_200 nm dispersed in a flocculent network structure formed by carbon nanotubes or graphene. The weight ratio of carbon nanotubes or graphene in the Sr_Bi_O/C composite material to Sr_Bi_O material is 1:4-8. The Sr Bi O/C composite material can be used to prepare supercapacitor electrodes on foam nickel. The electrode has excellent performance, high specific electrical capacity and discharge rate, and good cycling stability.

【技术实现步骤摘要】
一种Sr-Bi-O/C复合材料、其制备方法及其应用
本专利技术属于超级电容器
,尤其涉及一种Sr-Bi-O/C复合材料、其制备方法及其应用。
技术介绍
超级电容器作为一种新兴储能方式,对新能源及分布式微网的发展具有重要意义。目前储能方式分为物理储能与化学储能两种。飞轮储能、压缩空气储能、抽水蓄能等物理储能方式的使用受场地等限制较大,很难实现广泛应用。化学储能中,超级电容器与钠硫电池、全钒电池、液流电池、锂离子电池等材料相比循环效率高,使用寿命长,能量密度相对较大,能够实现快速充放电,克服新能源发电技术的不稳定性、不可预测性,并且在电子、电力、汽车等领域都有广阔的应用前景。与其他的储能系统相比,超级电容器具有更高的可靠性,因此使其能够在各种可靠性较高的应用领域得以广泛使用,比如作为一些重要工业流程的备用电源。国外研究超级电容器起步较早,技术成熟。它们均把超级电容器作为国家级的重点研究项目,提出了短期以及长期的发展计划。美国、俄罗斯、日本、韩国的一些公司凭借多年的研究开发和技术积累,目前在世界上处于领先地位,占据了几乎整个超级电容市场。日本的NEC公司、松下公司、Tokin公司、NCC公司均有超级电容等一系列产品,规格较为齐全,适用范围广,占据较大的市场。美国的Maxwell公司的UC系列产品体积小、内阻小、串并联容易,但价格较高。俄罗斯的ECOND公司对超级电容器已有30多年的研究历史,该公司代表俄罗斯的先进水平,其产品以大功率产品为主,且有价格优较低,适用于新能源汽车动力源。电极材料是决定超级电容器性能的最重要的因素,当前商用的超级电容器以高比表面积的碳材料为主,这种材料主要基于双电层原理储存电能,具有极高的循环寿命,但是电容量和能量密度相对较低,距离实际应用的要求还有一定的距离。因此如何提高电极材料的电容量是当前超级电容器研究领域的一个关键问题。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术的目的在于提供一种Sr-Bi-O/C复合材料、制备方法及其应用,本专利技术提供的Sr-Bi-O/C复合材料用作超级电容器电极时电化学性能优异,具有较高的比电容量和较长的循环寿命。本专利技术提供了一种Sr-Bi-O/C复合材料,所述复合材料是将平均粒径为50-200nm的球形Sr-Bi-O材料分散于由碳纳米管或石墨烯形成的絮网状结构中,所述Sr-Bi-O/C复合材料中碳纳米管或石墨烯与Sr-Bi-O材料的重量比为1:4~8。优选的,所述Sr-Bi-O材料包括以下方法制备:(1)将Bi源溶解于去离子水中,然后依次加入Sr源和柠檬酸,并充分搅拌均匀,浸渍8-12h,所述Bi源中Bi元素和Sr源中Sr元素的摩尔比为2-5:1,加入的柠檬酸与Sr源的重量比为0.8-1.5:1;(2)将浸渍后的混合溶液置于50-90℃恒温水浴锅中,并滴入聚乙二醇600,充分搅拌直至形成溶胶即停止滴加,继续在该恒温水浴锅中搅拌脱水形成凝胶,凝胶形成后停止搅拌,并继续脱水形成原粉;(3)将制得的原粉在600-1000℃空气气氛煅烧6-12h,冷却至室温,研磨3-5h后所得黄色粉末即为纳米材料Sr-Bi-O。优选的,所述Sr源选自硝酸锶,所述Bi源选自硝酸铋或氧化铋。优选的,所述碳纳米管或石墨烯包括以下方法制备:(1)采用多壁碳纳米管或石墨烯为原料,并将其溶解于去离子水中,所述多壁碳纳米管的外径小于8nm,且长度为0.5-2m;(2)将溶解后的多壁碳纳米管或石墨烯先经超声处理1-3h,然后高速离心分离处理,留取上清液;(3)将上清液置于60-95℃恒温水浴中真空干燥12-24h,得到预处理的碳纳米管粉末或石墨烯。优选的,步骤(2)所述的离心分离的转速为5000-10000rpm,离心处理的时间为10-15min。优选的,所述的Sr-Bi-O/C复合材料的制备方法,包括以下步骤:将预处理的碳纳米管粉末或石墨烯粉末溶于去离子水中,配制成浓度为0.2-0.6g/L的碳纳米管溶液或石墨烯溶液;按比例将Sr-Bi-O材料加入到上述溶液中进行水浴反应,得到Sr-Bi-O/C溶液;将Sr-Bi-O/C溶液超声1-2h后移入到压力为6MPa的高压釜中,于120-200℃下加热2-3h;自然冷却至室温后离心分离,并充分干燥后制得Sr-Bi-O/C复合材料。优选的,所述Sr-Bi-O/C溶液在高压釜中的加热温度为150℃。将本专利技术的Sr-Bi-O/C复合材料应用于电极材料中,优选的是将其复合于泡沫镍中制作超级电容器电极,该超级电容电极包括泡沫镍、导电聚合物和粘合在泡沫镍上的Sr-Bi-O/C复合材料,所述导电聚合物为聚苯胺,所述粘合剂为聚四氟乙烯。具体而言,所述超级电容器电极可以按照以下方法制备:将所述的Sr-Bi-O/C复合材料、导电聚合物及粘合剂按质量比为3-8:1:1混合,并加入少量乙醇,(乙醇的加入量占上述混合物总重的3%),用搅拌机搅拌0.5~2h,得到电极浆料;用涂覆机将上述电极浆料均匀涂覆在泡沫镍上,在加热箱里干燥、切片、压片后得到直径为1cm,厚为0.1-0.5cm的Ni-A/B超级电容器电极。与现有技术相比,本专利技术具有以下有益效果:1、本专利技术制备平均粒径为50-200nm的球形Sr-Bi-O材料,其具有较高的比表面积,同时主颗粒间存在间隙,这些间隙为离子提供了在电极-电解质界之间快速移动的通道;2、将制备的Sr-Bi-O材料与碳纳米管或石墨烯经水浴反应和水热反应后制备Sr-Bi-O/C复合材料,该复合材料的Sr-Bi-O材料镶嵌在碳纳米管或石墨烯的絮网状结构中,且其与碳纳米管或石墨烯之间孔隙增大、通道数目增加,复合电极材料的活性比表面积增大,这将有利于电解质溶液与活性物质之间充分浸渍,使其具有较高的比电容。3、本专利技术提供的负载了Sr-Bi-O/C复合材料的泡沫镍支撑材料可直接用作超级电容器的工作电极。该工作电极性能优异,具有较高的比电容量和倍率放电性能,循环稳定性能也好。附图说明图1为实施例1制备的Sr-Bi-O材料的SEM图;图2为实施例1制备的Sr-Bi-O/C材料的SEM图;图3为实施例1提供的泡沫镍电极在不同扫描速率下获得的循环伏安图;图4为实施例1提供的泡沫镍电极在不同电流密度下获得的充放电曲线图;图5为实施例1提供的泡沫镍电极的容量随循环充放电变化曲线;图6为对比例1制备的Sr-Bi-O/C材料的SEM图。具体实施方式实施例1一种Si-Bi-O/C复合材料,按照以下步骤制备:(1)将0.003mol的Bi(NO3)3溶于20mL去离子水中,然后在上述溶液中加入0.001mol的Sr(NO3)2,然后再加入柠檬酸,柠檬酸的加入量与Sr(NO3)2的重量比为1:1,搅拌均匀后浸渍10h;(2)将浸渍后的混合溶液置于65℃恒温水浴锅中,并滴入聚乙二醇600,充分搅拌直至形成溶胶即停止滴加,继续在该恒温水浴锅中搅拌脱水形成凝胶,凝胶形成后停止搅拌,并保持温度继续脱水形成原粉;(3)将制得的原粉在800℃空气气氛煅烧10h,冷却至室温,研磨3h后所得黄色粉末即为纳米材料Sr-Bi-O,该Sr-Bi-O的形貌为球形结构,平均粒径为150nm,如图1所示;(4)将外径6nm,长度1.0m的多壁碳纳米管溶解于去离子水中,并超声3h后在转速为10000rpm的离心本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种Sr‑Bi‑O/C复合材料,其特征在于,所述复合材料是将平均粒径为50‑200nm的球形Sr‑Bi‑O材料分散于由碳纳米管或石墨烯形成的絮网状结构中,所述Sr‑Bi‑O/C复合材料中碳纳米管或石墨烯与Sr‑Bi‑O材料的重量比为1:4~8。

【技术特征摘要】
1.一种Sr-Bi-O/C复合材料,其特征在于,所述复合材料是将平均粒径为50-200nm的球形Sr-Bi-O材料分散于由碳纳米管或石墨烯形成的絮网状结构中,所述Sr-Bi-O/C复合材料中碳纳米管或石墨烯与Sr-Bi-O材料的重量比为1:4~8。2.根据权利要求1所述的Sr-Bi-O/C复合材料,其特征在于,所述Sr-Bi-O材料包括以下方法制备:(1)将Bi源溶解于去离子水中,然后依次加入Sr源和柠檬酸,并充分搅拌均匀,浸渍8-12h,所述Bi源中Bi元素和Sr源中Sr元素的摩尔比为2-5:1,加入的柠檬酸与Sr源的重量比为0.8-1.5:1;(2)将浸渍后的混合溶液置于50-90℃恒温水浴锅中,并滴入聚乙二醇600,充分搅拌直至形成溶胶即停止滴加,继续在该恒温水浴锅中搅拌脱水形成凝胶,凝胶形成后停止搅拌,并继续脱水形成原粉;(3)将制得的原粉在600-1000℃空气气氛煅烧6-12h,冷却至室温,研磨3-5h后所得黄色粉末即为纳米材料Sr-Bi-O。3.根据权利要求2所述的Sr-Bi-O/C复合材料,其特征在于,所述Sr源选自硝酸锶,所述Bi源选自硝酸铋或氧化铋。4.根据权利要求1所述的Sr-Bi-O/C复合材料,其特征在于,所述碳纳米管或石墨烯包括以下方法制备:(1)采用多壁碳纳米管或石墨烯为原料,并将其溶解于去离子水中,所述多壁碳纳米管的外径小于8nm,且长度为0.5-2μm;(2)将溶解后的多壁碳纳米管或石墨烯先...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘云鹏齐小涵
申请(专利权)人:华北电力大学保定
类型:发明
国别省市:河北,13

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1