一种HHK-CC@MXenes复合柔性电极材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种HHK‑CC@MXenes复合柔性电极材料的制备方法，包括以下步骤：S1：多层Ti

Preparation and application of hhk-cc @ mxenes composite flexible electrode material

【技术实现步骤摘要】
一种HHK-CC@MXenes复合柔性电极材料的制备方法及其应用
本专利技术涉及电极材料
，尤其是涉及一种HHK-CC@MXenes复合柔性电极材料的制备方法及其应用。
技术介绍
电化学电容器被称为超级电容器，由于其具有高容量、高功率密度、长寿命和成本低等优点，被认为是下一代能量储存的一种极具潜力的设备。超级电容器可分为两类。第一类：双电层电容器，它是通过电极材料对电荷的静电吸附存储电能，其电化学性能与电极材料的电导率、比表面积和孔结构密切相关；第二类：赝电容电容器，赝电容电容器是通过电极材料快速而可逆的氧化还原反应来储能的，而电极材料的理论比电容、导电性、结构形貌等均会显著影响赝电容电容器的电化学性能。二维材料以高表面积与优异的物理性质，在能量储存和转化领域展现出广阔的应用前景。其中MXenes作为一种新型二维材料，由于其优异的导电率和亲水性被证明是各种储能系统的电极材料。单层或少层的Ti3C2TX成膜后的柔韧性良好，可用于柔性电极材料的制备。然而如将自支撑的MXene薄膜用作柔性电极，它们的机械强度不足以长时间受到弯曲循环的影响。此外，昂贵的成本和复杂的合成工艺限制了他们在柔性电极储能设备的进一步发展，大规模生产受到阻碍。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成本低廉、结构稳定、性能优异的HHK-CC@MXenes复合柔性电极材料及其应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术中的HHK-CC@MXenes复合柔性电极材料的制备方法，包括以下步骤：S1：多层Ti3C2TX材料的刻蚀制备，将MAX前驱体浸入HCl和LiF的溶液中进行刻蚀，除去MAX前驱中的A相，得到多层Ti3C2TX材料。其中MXene是将MAX相中的A层原子通过化学方法去除后获得的。S2：单层或少层的Ti3C2TX纳米片材料的筛选，将S1中得到的多层Ti3C2TX材料投入DMSO中进行插层反应，水洗除去DMSO，超声剥离后进行离心，取离心后液体的上清液，得到含有单层或少层的Ti3C2TX纳米片溶液。S3：HHK-CC的制备，将CC浸入强氧化酸溶液中氧化活化，得到HHK-CC是经两种酸和高锰酸钾处理后的碳布样品。HHK-CC的稳定性、导电性能均优于CC。S4：将S2中得到的含有单层或少层的Ti3C2TX纳米片溶液滴涂于S3中得到的HHK-CC上，真空干燥，得到HHK-CC@Ti3C2TX复合柔性电极材料。通过碳布(CC)的力学性能增强，使得HHK-CC@Ti3C2TX的韧性远高于Ti3C2TX材料。进一步地，S1中HCl和LiF的溶液由6molL-1的HCl溶液和LiF固体混合获得，并使得MAX前驱体、6molL-1的HCl溶液和LiF的投料比为1g：(5-15)ml：(0.5-1.0)g。进一步地，S1中HCl和LiF的溶液温度为30-60℃，刻蚀时间为40-60h。进一步地，S2中多层Ti3C2TX材料与DMSO的投料比为1g：(8-14ml)。进一步地，S2中插层反应的时间为10-30min，超声剥离的时间为4-6h。进一步地，S2中含有单层或少层的Ti3C2TX纳米片溶液的固含量为10-16mg/ml。该固含量即为单层或少层的Ti3C2TX纳米片的含量。进一步地，S3中强氧化酸溶液为还有高锰酸钾的浓硫酸和浓硝酸构成的混酸溶液，其中CC、高锰酸钾、浓硫酸和浓硝酸的投料比为0.5g：(2-4)g：(10-20)ml：(10-20)ml。在该配比下取得最好的氧化活化效果。进一步地，S3中的氧化活化温度为30-60℃，活化时间为5-8h。进一步地，S4中的滴涂密度为2mg-8mg含有单层或少层的Ti3C2TX纳米片溶液/(1cm×2cm)的HHK-CC。本专利技术中通过上述制备方法获得的HHK-CC@MXenes复合柔性电极材料在超级电容器材料中具有广泛的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点。1)碳布(CC)价格低廉，本身具有优异的机械强度、柔韧性以及良好的导电性，使其成为作为柔性SSC电极材料的有望候选者。然而碳布的比表面积较小，使其储能性质不理想。本技术方案中将少量的少层或单层的Ti3C2TX在活化后的CC上成膜制备了HHK-CC@Ti3C2TX复合电极材料，增强了电极材料的机械强度，减少了Ti3C2TX用量，使得电极材料的亲水性很好，可以获得具有良好电性能的柔性电极材料。2)本专利技术采用直接滴涂法制备的HHK-CC@Ti3C2TX复合柔性电极材料方法简单，不需要复杂设备且成本低廉，只需要较短的时间就能获得结构稳定、性能优异的超级电容器柔性电极材料。3)本专利技术制备的HHK-CC@Ti3C2TX复合柔性电极材料具有良好的电化学稳定性和增强的电容性能，是超级电容器的理想柔性电极材料。附图说明图1为实施例3中制备的HHK-CC@Ti3C2TX的扫描电子显微镜SEM图。图2为实施例3中制备的HHK-CC@Ti3C2TX复合柔性材料组装的固态柔性电极图片。图3为实施例3中制备的HHK-CC@Ti3C2TX复合柔性材料的电化学阻抗谱的奈奎斯特图。图4为实施例3中制备的HHK-CC@Ti3C2TX复合柔性材料在不同扫描速率下的循环伏安图。图5为实施例3中制备的HHK-CC@Ti3C2TX复合柔性材料在不同电流密度下的恒流充放电曲线图。图6为实施例3中制备的HHK-CC@Ti3C2TX复合柔性材料的循环稳定性能曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1将3gMAX前驱体加入含20ml6molL-1HCl和2.0gLiF的溶液，在30℃下刻蚀60h，除去A相得到多层Ti3C2TX。取1g多层的Ti3C2TX首先在8mlDMSO溶液中进行插层10min，接着用去离子水洗去多余DMSO，并将所得材料进行超声剥离4h。之后将所得到的悬浊液以8000rpm离心以除去未剥离的Ti3C2TX，离心得上层清液，即得到固含量为12mg/ml的单层或少层的Ti3C2TX纳米片溶液，将Ti3C2TX纳米片溶液稀释到固含量为2mg/ml待用。将0.5gCC浸入含有2g高锰酸钾，15ml浓硫酸和15ml浓硝酸溶液中在30℃活化8h即得到HHK-CC；将2mg制备好的单层或少层的Ti3C2TX纳米片均匀滴涂在氧化后的碳布(1cm×2cm)上，55℃的温度下真空干燥，即得到超级电容器用复合柔性材料。对其进行电化学性能测试，该复合材料的电荷转移电阻(Rct)为1.57Ω，且具有较低的等效串联电阻值和优异的扩散性能。循环伏安曲线呈类矩形，无明显的氧化还原峰，属于理想的双电层电容行为。通过充放电曲线计算可得，当电流密度为1mAcm-2时，该复合柔性材料表现出604mFcm-2的比电容值，具有优异的电化学性能。实施例2将3gMAX本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种HHK-CC@MXenes复合柔性电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：多层Ti

【技术特征摘要】
1.一种HHK-CC@MXenes复合柔性电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：多层Ti3C2TX材料的刻蚀制备，将MAX前驱体浸入HCl和LiF的溶液中进行刻蚀，除去MAX前驱中的A相，得到多层Ti3C2TX材料；
S2：单层或少层的Ti3C2TX纳米片材料的筛选，将S1中得到的多层Ti3C2TX材料投入DMSO中进行插层反应，水洗除去DMSO，超声剥离后进行离心，取离心后液体的上清液，得到含有单层或少层的Ti3C2TX纳米片溶液；
S3：HHK-CC的制备，将CC浸入强氧化酸溶液中氧化活化，得到HHK-CC；
S4：将S2中得到的含有单层或少层的Ti3C2TX纳米片溶液滴涂于S3中得到的HHK-CC上，真空干燥，得到HHK-CC@MXenes复合柔性电极材料。


2.根据权利要求1所述的一种HHK-CC@MXenes复合柔性电极材料的制备方法，其特征在于，S1中HCl和LiF的溶液由6molL-1的HCl溶液和LiF固体混合获得，并使得MAX前驱体、6molL-1的HCl溶液和LiF的投料比为1g：(5-15)ml：(0.5-1.0)g。


3.根据权利要求1所述的一种HHK-CC@MXenes复合柔性电极材料的制备方法，其特征在于，S1中HCl和LiF的溶液温度为30-60℃，刻蚀时间为40-60h。


4.根据权利要求1所述的一种HHK-CC@MXenes复合柔性电...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁彦，王利，李林鲜，郭建宇，张斯勇，方杰，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31