The preparation method and application of a water-based high voltage electrode material include: preparing carbon cloth/carbon nanowall with high conductivity and high specific surface area as substrate material; preparing Na0.5MnO2 nanosheet array by electrochemical deposition and electrochemical oxidation; obtaining carbon cloth/carbon nanowall/Na0.5MnO2 nanosheet cathode material; preparing carbon-coated porous VN nanosheet by hydrothermal method and subsequent annealing. Array; Carbon cloth/carbon nanowall/carbon-coated porous VN nanosheet anode material was obtained. The above materials were applied to prepare asymmetric water system supercapacitors. The asymmetric water system supercapacitor prepared by the invention has a working voltage of 2.6 V and a working voltage of 96.7 W h kg.
【技术实现步骤摘要】
一种水系高电压电极材料的制备方法及应用
本专利技术属于电化学储能领域,涉及一种水系高电压电极材料的制备方法及应用。
技术介绍
超级电容器作为一种新型储能器件,因其具有相较于电池高得多的功率密度、快速的充放电能力、极高的寿命、温度范围宽和环境友好等特点而备受关注。但是其能量密度远低于电池,极大的限制了其在各个领域的应用。因此,如何通过设计具有高效的电极材料来提高其能量密度成为现阶段迫切待解决的问题。超级电容器的电极分为正极和负极。目前,大多数研究工作都是集中在如何制备高比电容的赝电容正极材料上,但当应用到超级电容器中时,其高比电容并不能有效的发挥出来,而且器件的电压范围窄,根据能量密度公式E=1/2CV2(其能量密度(E)与其比容量(C)和工作电位窗口(V)成正比),所制备的超级电容器能量密度仍然较低。其主要原因在于,目前大多数赝电容正极材料电压范围窄,其极高的比电容与低比电容的碳基负极材料难以有效匹配,导致器件能量密度较难提高。所以,制备高能量密度的超级电容器必须同时兼顾正极和负极,需要同时制备电压范围宽,比电容匹配的正负极来提高超级电容器能量密度。同时,为避免有机电解液带来的安全问题,环保的水系超级电容器越来越受到人们的关注。MnO2具有较高的析氧电位(1V)和较高的比电容,是一种极具潜力的高电压超级电容器正极电极材料。最近,夏晖课题组通过原位电化学氧化Mn3O4制备的Na0.5MnO2纳米墙复合电极,其电压窗口可以扩展到0~1.3V(vs.Ag/AgCl),比电容可达到366Fg-1(Adv.Mater.2017,1700804)。进一步扩展的MnO2 ...
【技术保护点】
1.一种水系高电压电极材料的制备方法,其特征是包括如下步骤:(1)制备具有高导电性、高比表面的碳布/碳纳米墙为基底材料;(2)在步骤(1)制备的基底材料表面通过电化学沉积及电化学氧化法制备Na0.5MnO2纳米片阵列;得到碳布/碳纳米墙/Na0.5MnO2纳米片正极材料;(3)在步骤(1)制备的另一基底材料表面通过水热法及后续退火制备碳包覆的多孔VN纳米片阵列;得到碳布/碳纳米墙/碳包覆的多孔VN纳米片负极材料。
【技术特征摘要】
1.一种水系高电压电极材料的制备方法,其特征是包括如下步骤:(1)制备具有高导电性、高比表面的碳布/碳纳米墙为基底材料;(2)在步骤(1)制备的基底材料表面通过电化学沉积及电化学氧化法制备Na0.5MnO2纳米片阵列;得到碳布/碳纳米墙/Na0.5MnO2纳米片正极材料;(3)在步骤(1)制备的另一基底材料表面通过水热法及后续退火制备碳包覆的多孔VN纳米片阵列;得到碳布/碳纳米墙/碳包覆的多孔VN纳米片负极材料。2.根据权利要求1所述的一种水系高电压电极材料的制备方法,其特征是步骤(2)所述的碳布/碳纳米墙/Na0.5MnO2纳米片正极材料的制备步骤如下:1)将碳布依次用丙酮、乙醇和去离子水超声洗净待用;2)将步骤1)得到的碳布浸入含Co(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O及2-甲基咪唑的混合溶液中4~10小时,取出干燥,然后在空气中,350~500℃条件下煅烧2小时得到碳布/碳纳米墙阵列;3)将步骤2)得到的碳布/碳纳米墙阵列用做工作电极,浸入50mL含0.1~0.5MMn(CH3COO)2和0.1~0.2MNa2SO4电沉积溶液中,以Ag/AgCl电极为参比电极,铂片电极为对电极,在-1.8~0V电压下进行电化学沉积,以5mVs-1的扫速循环1~5圈,然后用去离子水清洗,60℃干燥;最后在饱和Na2SO4溶液中,0~1.3V电压下进行电化学氧化,以10mVs-1的扫速循环100~500圈,得到碳布/碳纳米墙/Na0.5MnO2纳米片电极。3.根据权利要求2所述的一种水系高电压电极材料的制备方法,其特征是所述的步骤2)中浸入含Co(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O及2-甲基咪唑的混合溶液中4小时;350℃条件下煅烧2小时。4.根据权利要求2所述的一种水系高电压电极材料的制备方法,其特征是所述的步骤3)中浸入50mL含0.1MMn(CH3COO)2和0.1Na2SO4电沉积溶液中,以Ag/AgCl电极为参比电极,铂片电极为对电极,在-1.8~0V电压下进行电化学沉积,以5mVs-1的扫速循环2圈,然后用去离子水清洗,60℃干燥;最后在饱和Na2SO4溶液中,0~1.3V电压下进行电化学氧化,以10mVs-...
【专利技术属性】
技术研发人员:袁凯,黄俊,陈义旺,谈利承,
申请(专利权)人:南昌大学,
类型:发明
国别省市:江西,36
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