用于光伏储能的四氧化三钴非对称超级电容器及制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于光伏储能的Co3O4非对称超级电容器及其制备方法，包括如下步骤：S1、制备Co3O4纳米管电极：将Co(NO3)2·6H2O和尿素的混合溶液、及泡沫镍加入到反应釜中进行水热反应，待反应釜冷却后清洗样品，干燥，获得沉积有Co3O4纳米管阵列的泡沫镍，作为Co3O4纳米管电极；S2、组装非对称超级电容器：以Co3O4纳米管电极为正极，以活性炭电极为负极，在正极、负极之间以隔膜隔开。本发明专利技术提供了一种制备工艺简单的Co3O4非对称超级电容器制备方法，制得的非对称超级电容器绿色环保、价格低廉，且性能优异。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超级电容器
，特别涉及一种可用于光伏储能的Co3O4非对称超级电容器及制备方法
技术介绍
近年来，能源短缺和环境污染问题成为阻碍社会发展的障碍。使得越来越多的研究人员开始从事与新型绿色能源相关领域的研究与开发。而太阳能因其源源不断的照射地面，且清洁而无任何污染，同时随着太阳能电池板转换效率的提高，使得太阳能成为新兴能源的开发方向。高性能的能量存储设备成为太阳能能源发展的重要支撑点。目前所采用的能量存储设备有锂离子电池和超级电容器。而锂离子电池是依靠化学反应存储能量。由于充放电速率比较慢，化学反应产生的不可逆效应。使得在利用太阳能充电时对锂离子电池产生不可修复的损坏。而超级电容器是依靠电极界面静电吸附来存储电荷，可以在短时间内接受太阳能的大电流充电，从而作为能量存储和缓冲装置。Co3O4由于高理论比容量(约3560Fg-1)、高导电性、自然资源丰富、环境友好、易于合成等优点，成为一种深受研究人员感兴趣的电极材料。然而，如何开发一种工艺简单且性能优异的Co3O4超级电容器也是本领域所面对的技术问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备工艺简单的Co3O4非对称超级电容器制备方法，该方法制备工艺简单，且制备的Co3O4非对称超级电容器绿色环保、价格低廉且性能优异，该Co3O4非对称超级电容器可以应用于光伏储能。本专利技术为达到其目的，采用的技术方案如下：一种Co3O4非对称超级电容器的制备方法，包括如下步骤，S1、制备Co3O4纳米管电极：将Co(NO3)2·6H2O和尿素的混合溶液、及泡沫镍加入到反应釜中进行水热反应，待反应釜冷却后清洗样品，干燥，获得沉积有Co3O4纳米管阵列的泡沫镍，作为Co3O4纳米管电极；S2、组装非对称超级电容器：以Co3O4纳米管电极为正极，以活性炭电极为负极，在正极、负极之间以隔膜隔开。优选的，所述混合溶液中Co(NO3)2·6H2O浓度为25～75mmol/L、尿素浓度为250～375mmol/L。优选的，所述水热反应的温度为80～110℃、反应的时间为6～12h。通过该优选条件制备的Co3O4纳米管电极，其Co3O4纳米管长度为0.9～1.2μm，内外径分别约为60nm和120nm，Co3O4纳米管厚度约为17nm，小于电解质在电极材料表面的渗透深度20nm，缩短离子的扩散距离，使纳米管的活性物质完全参与电化学氧化还原反应中。优选的，所述干燥的温度为60～100℃、干燥时间为8-20h。作为一种优选方案，所述活性炭电极按照如下步骤制备：将活性炭、乙炔和和聚偏氟乙烯按照5-10∶1∶1的质量比例混合，加入酒精作为分散剂混合搅匀，均匀涂敷在泡沫镍基底上。作为一种具体实施方式，所述隔膜材质为PET。作为一种优选方式，步骤S2中，组装非对称超级电容器所用的电解质为3～6MKOH溶液。本专利技术第二方面提供一种Co3O4非对称超级电容器，按照上文所述的制备方法制得。所得的非对称超级电容器称为Co3O4//AC非对称超级电容器。该非对称超级电容器在电流密度2.5mAcm-2下能得到高能量密度55.4Whkg-1，在20mAcm-2电流密度下得到高功率密度4490Wkg-1。进一步优选的，上文所述的非对称超级电容器，其Co3O4纳米管电极优选采用如下步骤制备：将Co(NO3)2·6H2O和尿素的混合溶液、及泡沫镍加入到反应釜中进行水热反应，待反应釜冷却后清洗样品，干燥，获得沉积有Co3O4纳米管阵列的泡沫镍，作为Co3O4纳米管电极；其中，混合溶液中Co(NO3)2·6H2O浓度为1～3mmol、尿素浓度为10～15mmol；水热反应的温度为80～110℃、反应的时间为6～12h。借由该优选方案，所获得的非对称超级电容器综合新能佳，且循环稳定性好，在20mAcm-2电流密度下循环36000次，比容量仍能保持90.4％。上文所述的非对称超级电容器可在光伏储能领域中的应用。本专利技术提供的技术方案具有如下有益效果：(1)本专利技术采用水热生长技术制备Co3O4纳米管电极，具有工艺简单，操作方便的特点。选用Co3O4作电极材料，具有资源丰富、高氧化还原活性、极高比容量的特点。(2)本专利技术优选方案中制备的Co3O4纳米管电极中，Co3O4纳米管长度为0.9～1.2μm，内外径分别约为60nm和120nm；(3)本专利技术优选方案中，Co3O4纳米管厚度约为17nm，小于电解质在电极材料表面的渗透深度20nm，缩短离子的扩散距离，使纳米管的活性物质完全参与电化学氧化还原反应；(4)本专利技术的Co3O4//AC非对称超级电容器在电流密度2.5mAcm-2下能得到高能量密度55.4Whkg-1；在20mAcm-2电流密度下得到高功率密度4490Wkg-1；(5)本专利技术可获得具有较好循环稳定性的的Co3O4//AC非对称超级电容器，优选方案制得的非对称超级电容器，在20mAcm-2电流密度下循环36000次，比容量仍能保持90.4％；(6)本专利技术的Co3O4//AC非对称超级电容器可适用于太阳能电池板快充，太阳能电池板充满超级电容器时间为20s左右，且不存在快充过程中过热、爆炸等风险，是一种安全性高、绿色环保的非对称超级电容器；(7)经试验证明，4个串联的3cm2Co3O4//AC非对称超级电容器组点一个亮蓝光LED灯的时间为12min，其应用性能好。附图说明图1是专利技术实施例4中Co3O4//AC非对称超级电容器20mAcm-2电流密度下36000次循环寿命图；图2是专利技术实施例4中Co3O4//Co3O4、AC//AC对称超级电容器和Co3O4//AC非对称超级电容器功率密度与能量密度的关系图；图3中图(a)为本专利技术实施例1Co3O4纳米管的扫描电子扫描显像图，图(b)为本专利技术实施例1中Co3O4纳米管的透射电子显像图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明：本专利技术提供一种Co3O4非对称超级电容器，以Co3O4纳米管电极为正极，以活性炭电极为负极，在正极、负极之间以隔膜隔开，以3～6MKOH溶液为电解质。优选的，其中的Co3O4纳米管电极，通过水热法制备，具体制备方法为：将Co(NO3)2·6H2O和尿素的混合溶液、及泡沫镍加入到反应釜中进行水热反应，待反应釜冷却后清洗样品，干燥，获得沉积有Co3O4纳米管阵列的泡沫镍，作为Co3O4纳米管电极。其中，优选的，混合溶液中Co(NO3)2·6H2O浓度为25～75mmol/L、尿素浓度为250～375mmol/L。优选的，水热反应的温度为80～110℃、反应的时间为6～12h。优选的，干燥温度为60～100℃、干燥时间为8-20h。其中，活性炭电极优选按照如下步骤制备：将活性炭、乙炔和和聚偏氟乙烯按照5-10∶1∶1的质量比例混合，加入酒精作为分散剂混合搅匀，均匀涂敷在泡沫镍基底上。下面通过具体实施例对本专利技术的技术方案进一步说明。实施例1一种Co3O4纳米管电极，按照如下步骤制备：将0.727gCo(NO3)2·6H2O和0.7g尿素混合均匀于40mL超纯水中，再将泡沫镍加入到反应釜内衬中进行水热反应，反应温度为90℃，反应时间为10h；待反应釜冷却后清洗样品，6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Co3O4非对称超级电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，S1、制备Co3O4纳米管电极：将Co(NO3)2·6H2O和尿素的混合溶液、及泡沫镍加入到反应釜中进行水热反应，待反应釜冷却后清洗样品，干燥，获得沉积有Co3O4纳米管阵列的泡沫镍，作为Co3O4纳米管电极；S2、组装非对称超级电容器：以Co3O4纳米管电极为正极，以活性炭电极为负极，在正极、负极之间以隔膜隔开。

【技术特征摘要】
1.一种Co3O4非对称超级电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，S1、制备Co3O4纳米管电极：将Co(NO3)2·6H2O和尿素的混合溶液、及泡沫镍加入到反应釜中进行水热反应，待反应釜冷却后清洗样品，干燥，获得沉积有Co3O4纳米管阵列的泡沫镍，作为Co3O4纳米管电极；S2、组装非对称超级电容器：以Co3O4纳米管电极为正极，以活性炭电极为负极，在正极、负极之间以隔膜隔开。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中Co(NO3)2·6H2O浓度为25～75mmol/L、尿素浓度为250～375mmol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为80～110℃、反应的时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈心满，潘雪雪，冀凤振，章勇，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44