一种不锈钢无纺布基超级电容器电极材料、制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种不锈钢无纺布基超级电容器电极材料、制备方法和应用，采用不锈钢无纺布作为基底材料，在该基底材料上原位生长金属氧化物、双金属氧化物、双金属硫化物、金属氢氧化物和导电聚合物之一的纳米结构，得到原位生长纳米结构的不锈钢无纺布基新型超级电容器电极材料。在基底材料的选择中，与碳布和泡沫镍相比，不锈钢无纺布作为基底材料，具有质轻，强度高，单位面积负载的活性物质多等特点，用其制备的电极材料无论是质量比容量还是面积比容量均高出其它两种基底材料。不锈钢无纺布为基底制备获得的超级电容器电极材料，其循环伏安曲线围成的积分面积要比在碳布和泡沫镍上大，基于不锈钢无纺布基底的电极材料的电容要更高一些。

【技术实现步骤摘要】
一种不锈钢无纺布基超级电容器电极材料、制备方法和应用
本专利技术涉及超级电容器电极材料的制备，尤其涉及的是一种不锈钢无纺布基超级电容器电极材料、制备方法和应用。
技术介绍
传统化石能源资源的日益匮乏和环境的日趋恶化，有力地促进了太阳能和风能等可再生能源的发展。但太阳能、风能具有波动性和间歇性，需要有效的储能装置保证其能够稳定的在电网中并网工作。同时，电动汽车产业的快速发展也迫切需要发展成本低、环境友好、能量密度高的储能装置。超级电容器又称电化学电容器，是介于传统电容器和二次电池之间的一种新型储能器件。其电荷存储能力远高于常规物理电容器，且充放电速率、效率和安全性远优于蓄电池。超级电容器按储能机理可分为双电层超级电容器和法拉第准电容器(又叫赝电容)。但无论是双电层电容器还是法拉第准电容器，其能量储存的过程主要发生在电极的表面。电极材料的比电容、导电性、比表面积和结构稳定性是超级电容器能量储存和转化性能的决定因素。因此，为了提高能量密度和功率密度，无论是双电层超级电容器、法拉第准电容器，还是两者混合型超级电容器，其电极材料必须具备比表面积大、电导率高和结构稳定等特性。电极材料的制备方法主要有涂覆和原位生长两种类型。但涂覆制备的电极材料不仅损失了其基底材料的部分比表面积，工艺繁琐，而且由于粘结剂的添加使得反应过程中的电荷不能及时传递，导电性下降。同时，涂覆的活性物质在机械作用力下，容易剥落。而原位生长型的电极材料则可有效避免这些问题，不仅保证了原位接触良好的导电性，而且结合牢固，操作简单。同时，生长的纳米结构材料很大程度上增大了电极材料的比表面积。目前普遍采用的三维导电基底材料为泡沫镍和碳布/纸。虽然泡沫镍具有很好的导电性和较高的比表面积，但其不耐腐蚀，没有柔韧性，反复扭折容易断裂。碳布/纸虽然具有耐酸碱、导电性好、柔韧性佳等优点，但是在碳布/纸上生长活性物质前需用强氧化剂进行亲水处理，加之机械强度差、在空气中不耐高温，致使其与很多合成方法不兼容。因此，寻找一种新的可规模化生产的耐腐蚀，柔韧性好，广泛适用的导电基底尤为必要。
技术实现思路
本专利技术另一目的在于提供一种比容量大，使用寿命长，适用范围广的柔性超级电容器。本专利技术的技术方案如下：本法首先提供一种不锈钢无纺布基超级电容器电极材料的制备方法，采用不锈钢无纺布作为基底材料，在该基底材料上原位生长金属氧化物、双金属氧化物、双金属硫化物、金属氢氧化物和导电聚合物之一的纳米结构，得到原位生长纳米结构的不锈钢无纺布基新型超级电容器电极材料。所述的制备方法，具体包括以下步骤：A1、将不锈钢无纺布进行清洗，去除有机、无机杂质；A2、配制相应的生长金属氧化物、双金属氧化物、双金属硫化物、金属氢氧化物和导电聚合物之一的纳米结构反应溶液；A3、将清洗干净的不锈钢无纺布浸在相应的反应溶液中；A4、采用水热生长法，在90-200℃烘箱中，保温1-10h；或者采用电化学沉积方法，将清洗后的不锈钢无纺布夹在工作电极上，饱和甘汞电极为参比电极，Pt片为对电极，在相应的沉积电位下恒电位沉积1-60min；A5、取出处理后的不锈钢无纺布，冲洗干燥，即得到原位生长多维纳米结构的不锈钢无纺布基新型超级电容器电极材料。所述的制备方法中，所述金属氧化物为MnO2、Fe2O3、Fe3O4、Co3O4、CoO之一；双金属氧化物为NiCo2O4、ZnCo2O4、NiMo2O4、ZnMn2O4之一；双金属硫化物为NiCo2S4、ZnCo2S4、NiMo2S4、ZnMn2S4之一；金属氢氧化物Ni(OH)2、Co(OH)2、Fe(OH)3、NixCo(1-x)(OH)6x之一；导电聚合物为聚苯胺(PAN)、聚吡咯(PPY)、聚3，4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)之一。所述的制备方法中，所述步骤A4中得到的电极材料均为生长有不同形貌的纳米材料，包括片、棒、线、针和花形在内的不同形貌的纳米材料。所述的制备方法中，所述步骤A5中，对于在基底材料上原位生长金属氧化物、双金属氧化物的不锈钢无纺布，在冲洗干燥后，还要进行热处理：将烘干的反应后的不锈钢无纺布放在Al2O3坩埚里，200-600℃空气中保温1-10h，将前驱体热解。本专利技术还提供了上述任一所述制备方法获得的不锈钢无纺布基超级电容器电极材料。本专利技术还提供了不锈钢无纺布材料在制备不锈钢无纺布基超级电容器电极材料中的应用，采用不锈钢无纺布作为基底材料，在该基底材料原位生长金属氧化物、双金属氧化物、双金属硫化物、金属氢氧化物和导电聚合物之一的纳米结构，得到原位生长纳米结构的不锈钢无纺布基新型超级电容器电极材料。本专利技术制备得到具有高比表面积，柔韧度好，生长有纳米结构的不锈钢无纺布基电极材料，能够应用在储能，电动汽车及各种柔性电子设备中。附图说明图1是分别在碳布、泡沫镍和不锈钢无纺布基底上生长NiCo2O4纳米结构后测得的循环伏安曲线，电压范围为-0.1-0.5V，扫描速度为5mVs-1；图2是分别在碳布、泡沫镍和不锈钢无纺布基底上生长NiCo2O4纳米结构后测得的恒流充放电曲线，电压范围为-0.15-0.35V，电流密度为1Ag-1。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细说明。本专利技术采用的不锈钢无纺布材料为比利时贝尔卡特公司研制生产，是由直径为微米级的不锈钢纤维经无纺铺制、叠配及高温烧结而成，多用于过滤系统，其微结构与碳布相似，具有三维网状、多孔结构、孔隙率高、表面积大、孔径分布均匀、柔韧性好、机械强度高，是一种理想的耐高温、耐腐蚀柔性三维基底材料。不锈钢无纺布其实是近几年用于过滤系统的不锈钢纤维毡(也叫不锈钢烧结毡)的前身，不锈钢无纺布经压制、热处理后便是目前市场上的不锈钢纤维毡。目前，国内新乡正源净化科技有限公司(http：//www.xxzyjh.com/cpzx/jssj/20140217338.html)便有不锈钢纤维毡产品。但不锈钢纤维毡过于密实，强度过大，失去了柔性及孔隙率大的优点，实际用于柔性储能基底，可批量购买该公司未经压制、热处理的不锈钢无纺布。具体实施方式一：本实施方式水热法生长纳米结构的不锈钢无纺布基电极材料制备方法按下列步骤实施：一、将不锈钢无纺布剪成1×3cm2放入100mL烧杯，然后加丙酮至没过无纺布，超声处理7min左右，再用稀盐酸超声处理7min。去离子水反复冲洗，再用无水乙醇超声7min。放入80℃鼓风干燥箱烘干。二、配制水热生长纳米结构溶液：0.65gNi(NO3)2，1.3gCo(NO3)2，1.62g尿素，45mL去离子水，45mL无水乙醇。三、将反应溶液放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，将干燥好的不锈钢无纺布浸没在溶液里。四、将反应釜拧紧，放入90℃-200℃恒温干燥箱，水热1-10h。五、水热釜完全冷却后，取出反应后的无纺布用去离子水冲洗，放入鼓风干燥箱80℃烘干，将烘干的反应后的不锈钢无纺布放在Al2O3坩埚里，200-600℃空气中保温1-10h，将前驱体热解成NiCo2O4，即得到生长有NiCo2O4纳米结构的不锈钢无纺布基电极材料。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二配制的水热生长纳米结构的溶液(5mmolCo(NO3)2，10mmolNH4F，25mmolCo(NH2)2，70mL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不锈钢无纺布基超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，采用不锈钢无纺布作为基底材料，在该基底材料上原位生长金属氧化物、双金属氧化物、双金属硫化物、金属氢氧化物和导电聚合物之一的纳米结构，得到原位生长纳米结构的不锈钢无纺布基新型超级电容器电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢无纺布基超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，采用不锈钢无纺布作为基底材料，在该基底材料上原位生长金属氧化物、双金属氧化物、双金属硫化物、金属氢氧化物和导电聚合物之一的纳米结构，得到原位生长纳米结构的不锈钢无纺布基超级电容器电极材料；包括以下步骤：A1、将不锈钢无纺布进行清洗，去除有机、无机杂质；A2、配制相应的生长金属氧化物、双金属氧化物、双金属硫化物、金属氢氧化物和导电聚合物之一的纳米结构反应溶液；A3、将清洗干净的不锈钢无纺布浸在相应的反应溶液中；A4、采用水热生长法，在90-200℃烘箱中，保温1-10h；或者采用电化学沉积方法，将清洗后的不锈钢无纺布夹在工作电极上，饱和甘汞电极为参比电极，Pt片为对电极，在相应的沉积电位下恒电位沉积1-60min；所述步骤A4中得到的电极材料均为生长有包括片、棒、线、针和花形在内的不同形貌的纳米材料；A5、取出处理后的不锈...

【专利技术属性】
技术研发人员：温广武，周薇薇，丁春艳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37