一种自支撑的双金属基电极材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种自支撑的双金属基电极材料、其制备方法及应用，该材料为核壳结构，核为在泡沫镍基体上负载的ZnCo2O4‑

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑的双金属基电极材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种金属基电极材料、其制备方法及应用，尤其涉及一种自支撑的双金属基电极材料、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]在经济高速发展的背景下，人们对无污染、可再生能源的需求日益增加。太阳能、风能、潮汐能、核能等绿色清洁能源的开发利用规模不断扩大，但是这些能源容易受到季节和地域性变化的影响，使用的连续性和稳定性得不到保障，因此开发使用高性能、可持续的能量转换、能量储存装置与其联用，可以有效地解决这类清洁能源输运的问题。
[0003]然而，目前商业化的超级电容器由于能量密度较低，仍然只能在快速充放电领域里发挥作用。如何提高超级电容器的能量密度一直是储能领域的一项重要课题。电极材料是影响超级电容器性能和生产成本的关键因素之一，因此研究和开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研发工作的重要内容。近年来，二元金属氧化物(如NiCo2O4和ZnCo2O4)受到越来越多的关注。它们可以在可逆容量、结构稳定性和导电性方面协同提高电化学性能。例如，二元锌钴氧化物(ZnCo2O4)表现出比单一氧化锌(ZnO)和氧化钴(Co3O4)更好的导电性和更高的电化学活性。然而ZnCo2O4导电性差、能量密度低和循环寿命短的问题严重限制了其在超级电容器领域的发展。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能量密度高、循环寿命长的自支撑的双金属基电极材料；
[0005]本专利技术的第二个目的是提供上述自支撑的双金属基电极材料的制备方法；
[0006]本专利技术的第三个目的是提供上述自支撑的双金属基电极材料的应用。
[0007]技术方案：本专利技术的自支撑的双金属基电极材料，所述自支撑的双金属基电极材料为核壳结构，所述核壳结构的核为在泡沫镍基体上负载的ZnCo2O4‑
ZnO，所述核壳结构的壳为沉积于ZnCo2O4‑
ZnO复合物表面的CoS。
[0008]上述的自支撑的双金属基电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)对泡沫镍预处理；
[0010](2)利用溶剂热法，在泡沫镍上原位生长Zn
x
Co1‑
x
(OH)2前驱体；
[0011](3)将Zn
x
Co1‑
x
(OH)2前驱体煅烧，得到ZnCo2O4‑
ZnO；
[0012](4)通过电沉积法在ZnCo2O4‑
ZnO@C表面沉积CoS，得到ZnCo2O4‑
ZnO@C@CoS复合材料。
[0013]其中，所述步骤(3)中，将Zn
x
Co1‑
x
(OH)2前驱体煅烧之前，将Zn
x
Co1‑
x
(OH)2前驱体与碳源混合进行碳包覆，煅烧后，得到碳包覆的ZnCo2O4‑
ZnO，记为ZnCo2O4‑
ZnO@C。
[0014]其中，步骤(4)中，所述电沉积时的扫描速率为5～10mV s
‑1，电沉积圈数为3～9圈。
[0015]其中，步骤(4)中，将硫脲加入到钴盐水溶液中，用作电沉积溶液；所述硫脲与钴盐
的物质的量比为10:1～20:1。
[0016]其中，所述碳包覆的具体步骤为：将Zn
x
Co1‑
x
(OH)2前驱体浸入葡萄糖水溶液中，进行溶剂热反应；将反应后所得产物进行煅烧；所述煅烧温度为350～400℃，时间为2～3h，升温速率为2～5℃/min。
[0017]其中，步骤(2)中，所述在泡沫镍上原位生长Zn
x
Co1‑
x
(OH)2前驱体所述用的原料包括钴盐和锌盐，所述钴盐和锌盐的物质的量比为1：2～2：1。
[0018]其中，步骤(2)中，所述溶剂热的反应温度为110～130℃，反应时间为5～8h。
[0019]其中，步骤(2)中，所述在泡沫镍上原位生长Zn
x
Co1‑
x
(OH)2前驱体所述用的原料还包括尿素；所述溶剂为水和乙醇。利用溶剂热法，得到的Zn
x
Co1‑
x
(OH)2前驱体为球状。
[0020]上述自支撑的双金属基电极材料在超级电容器中的应用。
[0021]有益效果：本专利技术与现有技术相比，取得如下显著效果：1、本专利技术的ZnCo2O4‑
ZnO@CoS及ZnCo2O4‑
ZnO@C@CoS复合材料均为核壳结构，属于稳定的三维结构，具有较高的比表面积和大量的活性位点，并与电解质充分接触，三维复合材料内部有足够的自由空间，并且快速膨胀引起的应变和体积膨胀，可以有效缓解长期的法拉第反应；表现出较高的能量密度高、较长的循环寿命；2、该制备方法工艺简单，成本低廉，重现性强；3、该复合材料作为工作电极，铂片电极用作对电极以及甘汞电极电极用作参比电极的三电极系统，在1.5A g
‑1电流密度时，质量比容量高达1944F g
‑1。4、该复合材料作为正电极材料制备非对称超级电容器的结构合理，性能稳定，在1A g
‑1电流密度时，质量比容量高达160F g
‑1。
附图说明
[0022]图1是实施例2中得到的ZnCo2O4‑
ZnO、ZnCo2O4‑
ZnO@C、ZnCo2O4‑
ZnO@C@CoS材料的X射线衍射谱图；
[0023]图2是实施例2中得到的ZnCo2O4‑
ZnO@C@CoS材料的扫描电镜图像；
[0024]图3是实施例2中得到的ZnCo2O4‑
ZnO@C@CoS材料的透射电子显微镜图；
[0025]图4是实施例2中得到的ZnCo2O4‑
ZnO、ZnCo2O4‑
ZnO@C、ZnCo2O4‑
ZnO@C@CoS材料的伏安特性曲线；
[0026]图5是实施例2中得到的ZnCo2O4‑
ZnO@C@CoS材料在不同扫率下的伏安特性曲线图；
[0027]图6是实施例2中得到的ZnCo2O4‑
ZnO@C@CoS材料在不同电流密度下的恒电流充放电曲线；
[0028]图7是将实施例2中得到的ZnCo2O4‑
ZnO@C@CoS材料应用于非对称超级电容器中的伏安特性曲线图；
[0029]图8是实施例1中得到的ZnCo2O4‑
ZnO@CoS复合材料在不同电流密度下的恒电流充放电曲线。
具体实施方式
[0030]下面结合说明书附图对本专利技术作进一步详细描述。
[0031]实施例1
[0032]一种自支撑的ZnCo2O4‑
ZnO@CoS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0033](1)泡沫镍的预处理：
[0034]依次以3mol L
‑1稀盐酸、去离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自支撑的双金属基电极材料，其特征在于，所述自支撑的双金属基电极材料为核壳结构，所述核壳结构的核为在泡沫镍基体上负载的ZnCo2O4‑
ZnO，所述核壳结构的壳为沉积于ZnCo2O4‑
ZnO复合物表面的CoS。2.一种权利要求1所述的自支撑的双金属基电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对泡沫镍预处理；(2)利用溶剂热法，在泡沫镍上原位生长Zn
x
Co1‑
x
(OH)2前驱体；(3)将Zn
x
Co1‑
x
(OH)2前驱体煅烧，得到ZnCo2O4‑
ZnO；(4)通过电沉积法在ZnCo2O4‑
ZnO@C表面沉积CoS，得到ZnCo2O4‑
ZnO@C@CoS复合材料。3.根据权利要求2所述的自支撑的双金属基电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将Zn
x
Co1‑
x
(OH)2前驱体煅烧之前，将Zn
x
Co1‑
x
(OH)2前驱体与碳源混合进行碳包覆，煅烧后，得到碳包覆的ZnCo2O4‑
ZnO，记为ZnCo2O4‑
ZnO@C。4.根据权利要求2所述的自支撑的双金属基电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述电沉积时的扫描速率为5～10mV...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄永兵，李宝乐，张珂，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：