一种一体化的Zn纳米片电极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种一体化的Zn纳米片电极材料及其制备方法与应用，属于超级电容器技术领域。本发明专利技术公开了一种一体化的Zn纳米片电极材料，所述Zn纳米片电极材料由Zn箔基底以及沉积在Zn箔基底上的Zn纳米片组成，通过在1

【技术实现步骤摘要】
一种一体化的Zn纳米片电极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于超级电容器
，涉及一种一体化的Zn纳米片电极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着便携式电子产品和电动汽车消费的不断增加，迫切需要具有高能量密度、卓越安全性能和长期工作寿命的新型高效电化学储能装置。混合型超级电容器由电池型阳极和电容型阴极组成，由于集成了电池和超级电容器的所有特性，被广泛认为是下一代储能装置有力的候选。最近，由于Zn元素系列固有的优点，如高比容量(高达823mAh/g)、低氧化还原电位 (
‑
0.76V vs SHE)、无毒和资源丰富，因此在混合超级电容器中Zn金属电极获得广泛的关注。另外，以金属Zn为负极的混合超级电容器，由于负极上Zn离子的快速电镀/剥离提供了高能量密度，同时正极上Zn离子的高度可逆的吸附/解吸提供了高功率密度，使得Zn离子混和超级电容器。
[0003]这些显著的优点促使研究人员开展具有独特电化学性能的金属Zn负极方面的研究工作，这为制造高能量密度的超级电容器提供了一种新的方法。然而，当前金属锌负极的实际应用仍然受到许多障碍的限制，如动力学问题，析氢(HER)，和枝晶生长。因此，大多数HSCs只能提供有限的能量密度和循环寿命，在能量密度和循环寿命方面远远落后于锌离子电池(>200 Wh/kg)和超级电容器(超过10000次)。事实上，锌离子电池领域的许多尝试，包括表面涂层、结构改性、合金化、电解质添加剂等，都对抑制金属锌电极上的树枝状生长和HER做出了巨大贡献。然而，这些方法不能有效地改善超级电容器中Zn离子的动力学的问题，而且对器件的功率密度提升也很不利。因此，在Zn离子超级电容器领域，制备具有快速锌离子动力学，同时抑制枝晶和HER的金属锌电极，仍然是一个巨大的挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种可抑制枝晶和HER的并具有一体化Zn纳米片电极材料。
[0005]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：
[0006]一种一体化的Zn纳米片电极材料，所述Zn纳米片电极材料由Zn箔基底以及沉积在Zn箔基底上的Zn纳米片组成，通过在1
‑
5M ZnCl2中沉积 Zn纳米片。
[0007]作为优选，所述Zn箔纯度为99.99％，厚度为0.001
‑
0.02mm。
[0008]作为优选，所述Zn纳米片的尺寸为1
‑
2μm，厚度为30
‑
50nm。
[0009]作为优选，所述Zn纳米片的非平行于Zn箔基底。
[0010]进一步优选，所述Zn纳米片的垂直于Zn箔基底。
[0011]作为优选，所述Zn纳米片的晶格间距0.247nm。
[0012]本专利技术也公开了一种一体化的Zn纳米片电极材料制备方法，所述的制备方法包括：将清洗后的Zn箔作为负极，在电解液1中组成对称式两电极系统，在80
‑
120mV/s的扫速
下，循环N次后在Zn箔表面覆盖Zn纳米片制得Zn纳米片电极材料。
[0013]在低浓度电解液下Zn沉积为二维沉积，易于生长Zn纳米片。在高浓度电解液下Zn三维沉积不易生成枝晶。
[0014]作为优选，所述正极为SiC@SiO。
[0015]进一步优选，SiC@SiO的制备方法为将SiC置于0.5
‑
2M的硫酸刻蚀液中刻蚀10
‑
30分钟。
[0016]作为优选，N为800
‑
1400。
[0017]进一步优选，N为900
‑
1100。
[0018]若循环次数过多会导致纳米片过密，循环次数过少会导致纳米片过稀，均会影响离子运输。
[0019]本专利技术还公开了一种锌离子混合超级电容器，所述锌离子混合超级电容器的正极为SiC@SiO材料，负极为一体化的Zn纳米片电极材料，集流体为Zn箔，电解液2为5
‑
8M ZnCl2。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]1、本专利技术的Zn纳米片电极材料为一体化电极，由Zn箔基底以及沉积在Zn箔基底上的Zn纳米片组成，即Zn纳米片电极材料只包含Zn元素。
[0022]2、本专利技术的一体化的Zn纳米片电极材料在混合超级电容器中可有效抑制Zn枝晶和HER反应。
[0023]3、本专利技术制得的以Zn纳米片电极材料为负极，在高浓度ZnCl2电解液中与SiC@SiO正极材料组成纽扣式锌离子混合超级电容器具有较高的比电容、倍率性能、能量密度和循环寿命。
附图说明
[0024][0025]图1为本专利技术实施例1中制得的一体化Zn纳米片电极材料的X射线衍射(XRD)图。
[0026]图2为本专利技术实施例1中制得的一体化Zn纳米片电极材料的扫描电镜 (SEM)图。
[0027]图3为本专利技术实施例1中制得的一体化Zn纳米片电极材料的截面透射电镜(TEM)图。
[0028]图4为本专利技术实施例1中制得的一体化Zn纳米片电极材料的高分辨 TEM图。
[0029]图5为本专利技术实施例1中制得的一体化Zn纳米片阵列结构的计时电流法曲线。
[0030]图6为本专利技术实施例1中制得的一体化Zn纳米片电极材料的线性循环伏安曲线。
[0031]图7为本专利技术应用实施例1中一体化Zn纳米片电极材料与纯Zn箔电极组装的锌离子混合超级电容器的循环伏安曲线。
[0032]图8为本专利技术应用实施例1中一体化Zn纳米片电极材料与纯Zn箔电极组装的锌离子混合超级电容器的倍率图。
[0033]图9为本专利技术应用实施例1中一体化Zn纳米片电极材料与纯Zn箔电极组装的锌离子混合超级电容器的能量密度和功率密度图。
[0034]图10为本专利技术应用实施例1中一体化Zn纳米片电极材料与纯Zn箔电极组装的锌离子混合超级电容器在5mA/cm2条件下测得的循环伏安曲线。
具体实施方式
[0035]以下是本专利技术的具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
[0036]实施例1
[0037]SiC@SiO正极的制备方法为：将4
×
4cm的碳布依次在酒精，稀盐酸，去离子水中超声清洗后在40℃下干燥10min，再浸入浓度为0.05mol/L的 Co(NO3)2乙醇溶液后取出后在40℃下干燥10min。然后将碳布覆盖在质量比为3：1的聚硅氮烷、三聚氰胺粉末表面，置于高温气氛炉中在1500℃中加热120min，升温速度为38℃/min，冷却后得沉积SiC纳米线的碳布；将1
×
3cm的沉积SiC纳米线的碳布设置电源恒定电压为5V进行刻蚀 15min，得到的SiC@SiO正极。
[0038]将纯度为99.99％的1
×2×
0.01cm的Z本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化的Zn纳米片电极材料，其特征在于，所述Zn纳米片电极材料由Zn箔基底以及沉积在Zn箔基底上的Zn纳米片组成，通过在1
‑
5MZnCl2中沉积Zn纳米片。2.根据权利要求1所述的Zn纳米片电极材料，其特征在于，所述Zn箔纯度为99.99％，厚度为0.001
‑
0.02mm。3.根据权利要求1所述的Zn纳米片电极材料，其特征在于，所述Zn纳米片的尺寸为1
‑
2μm，厚度为30
‑
50nm。4.根据权利要求1所述的Zn纳米片电极材料，其特征在于，所述Zn纳米片的非平行于Zn箔基底。5.根据权利要求1或4所述的Zn纳米片电极材料，其特征在于，所述Zn纳米片的垂直于Zn箔基底。6.一种如权利要求1所述的一体化的Zn纳米片电极材料制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：将清洗后的Zn箔作为负...

【专利技术属性】
技术研发人员：李维俊，高凤梅，李侃，杨为佑，
申请(专利权)人：江苏尚今光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：