一种锌离子混合超级电容器正极材料CZIF-67-CNTs及制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种锌离子混合超级电容器正极材料CZIF

【技术实现步骤摘要】
一种锌离子混合超级电容器正极材料CZIF
‑
67
‑
CNTs及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锌离子混合超级电容器
，具体涉及一种锌离子混合超级电容器正极材料CZIF
‑
67
‑
CNTs及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在未来的储能系统中，锌离子混合超级电容器因其材料易获得、资源丰富，安全性高，污染性小而受到广泛关注。现在主要的电化学能量存储系统包括锂离子电池和超级电容器，锂离子电池具有能量密度高，超级电容器具有功率密度高和循环性能好的优点。锌在自然界的储量丰富，具有成本低、易获取、安全无毒等优点，而且锌离子(Zn
2+
)相比于单价离子(如Na
+
，K
+
)具有更快的电荷转移动力学。因此，开发出一款兼有电池与超级电容器优点的锌离子混合超级电容器是极具前途的。
[0003]在对锌离子混合超级电容器的研究中，由于人们对Zn
2+
的插入和萃取感兴趣，许多研究人员都集中在开发合适的、可逆Zn
2+
存储的正极材料上，这是因为正极作为锌离子混合超级电容器的主要成分之一，对其可实现的电化学性能有很大的影响。在对锌离子混合超级电容器的研究中，ZIF
‑
67由于其高比表面积和优异的电化学性能而被认为是一种有效的储能材料，得到了广泛研究。Ching
‑
Hua Yang等人[ACS Appl Mater Interfaces 2021,13(35),41637
‑
41648]通过静电纺丝和热解技术原位合成用于超级电容器的独立碳化ZIF67/聚合物纳米纤维电极，但是该制备方法较为复杂，且循环性能欠佳，所制备的超级电容器经过1000次充电/放电过程后的容量保持率仅为59.5％，远低于本专利技术的容量保持率。
[0004]现有技术中，中国专利公开号为CN 103545123 A，名称为一种兼具锌离子电池和超级电容器的混合储能器件，介绍了一种将碳材料(C)或者复合金属氧化物ZnM
x
O
y
(M＝Fe、Co、Mn，0<x<3，x与y的比值为1:1～1:4)作为正极活性物质，与导电剂粘附在集流体上制备成正极片。另有中国专利公开号为CN 113496825 A，名称为一种多孔碳十二面体电极材料的制备方法、产品及应用，介绍了一种将ZIF
‑
8纳米颗粒进行煅烧得到N
‑
PCD纳米颗粒，之后与硫源物质混合并再次煅烧，得到多孔碳十二面体正极材料的制备方法，但是在该正极材料的制备过程中，需要多次用到甲醇溶液，而且煅烧后还需要用盐酸洗涤，过程繁琐而且甲醇有毒，对环境不友好，该材料应用于锌离子混合超级电容器时，最大能量密度为107Wh kg
‑1。且上述两篇专利在制备正极的过程中，都用到了粘合剂，而本专利技术中将制备的CZIF
‑
67与CNTs混合，通过简单的真空抽滤工艺，即可直接用作电容器正极而无需添加粘合剂，制备方法更为简便。本专利技术的正极材料CZIF
‑
67
‑
CNTs，具有环境友好、制备方法简单、循环性好、能量密度高等优点，CZIF
‑
67与CNTs的结合有望成为锌离子混合超级电容器理想的电容性电极材料。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中锌离子混合超级电容器存在的一些问题，例如正极材料循环
性能较差，制备工艺复杂等，本专利技术提供一种一种锌离子混合超级电容器正极材料CZIF
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67
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CNTs的制备方法，制备的正极材料CZIF
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67
‑
CNTs具有优异循环性能，制备方法简单。ZIF
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67是一种沸石咪唑酯骨架结构材料，具有疏松多孔的结构和较大的比表面积，在锌离子储存方面表现出出色的应用潜力，且制备方法简单，该材料具有高比电容，高能量密度，电化学性能优异。
[0006]本专利技术一种锌离子混合超级电容器正极材料CZIF
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67
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CNTs的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)配置ZIF
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67溶液：将六水合硝酸钴(Co(NO3)2·
6H2O)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入去离子水中搅拌至完全溶解，得到混合溶液，然后将上述溶液转移到溶解有2
‑
甲基咪唑的溶液中，并在室温下搅拌，得到ZIF
‑
67溶液；
[0008]2)ZIF
‑
67的清洗和干燥：将步骤1)中制得的溶液用乙醇进行离心洗涤，并收集离心后的固体产物，然后干燥得到ZIF
‑
67；
[0009]3)制备CZIF
‑
67：将步骤2)中制得的ZIF
‑
67进行煅烧处理，使其高温碳化，得到CZIF
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67；
[0010]4)配置CZIF
‑
67
‑
CNTs溶液：将步骤3)中得到的CZIF
‑
67、与碳纳米管(CNTs)和十二烷基硫酸钠(SDS)均匀混合在去离子水中，通过超声处理将混合溶液转化为均匀悬浮液，得到CZIF
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67
‑
CNTs溶液；
[0011]5)CZIF
‑
67
‑
CNTs正极的制备：将步骤4)中得到的CZIF
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67
‑
CNTs溶液进行真空过滤，将过滤后的膜干燥，得到CZIF
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67
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CNTs正极材料。
[0012]优选的是，所述步骤1)中，六水合硝酸钴：十六烷基三甲基溴化铵：2
‑
甲基咪唑的质量比为285
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295:3
‑
7:4520
‑
4560。
[0013]上述任一方案中优选的是，六水合硝酸钴：十六烷基三甲基溴化铵：2
‑
甲基咪唑的质量比为285:3:4520。
[0014]上述任一方案中优选的是，六水合硝酸钴：十六烷基三甲基溴化铵：2
‑
甲基咪唑的质量比为291:5:4540。
[0015]上述任一方案中优选的是，六水合硝酸钴：十六烷基三甲基溴化铵：2
‑
甲基咪唑的质量比为295:7:4560。
[0016]优选的是，所述步骤1)中，混合溶液转移到溶解有2
‑
甲基咪唑的溶液中后搅拌时间为30min。
[0017]上述任一方案中优选的是，所述步骤2)中，离心清洗的转速为3500
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5500r/min，离心次数为6次，干燥温度为65
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌离子混合超级电容器正极材料CZIF
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67
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CNTs的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配置ZIF
‑
67溶液：将六水合硝酸钴和十六烷基三甲基溴化铵加入去离子水中搅拌至完全溶解，得到混合溶液，然后将上述溶液转移到溶解有2
‑
甲基咪唑的溶液中，并在室温下搅拌，得到ZIF
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67溶液；(2)ZIF
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67的清洗和干燥：将步骤1)中制得的溶液用乙醇进行离心洗涤，并收集离心后的固体产物，然后干燥得到ZIF
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67；(3)制备CZIF
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67：将步骤2)中制得的ZIF
‑
67进行煅烧处理，使其高温碳化，得到CZIF
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67；(4)配置CZIF
‑
67
‑
CNTs溶液：将步骤3)中得到的CZIF
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67、与碳纳米管和十二烷基硫酸钠均匀混合在去离子水中，通过超声处理将混合溶液转化为均匀悬浮液，得到CZIF
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67
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CNTs溶液；(5)CZIF
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67
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CNTs正极的制备：将步骤4)中得到的CZIF
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67
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CNTs溶液进行真空过滤，将过滤后的膜干燥，得到CZIF
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67
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CNTs正极材料。2.根据权利要求1所述的锌离子混合超级电容器正极材料CZIF
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67
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CNTs的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，六水合硝酸钴：十六烷基三甲基溴化铵：2
‑
甲基咪唑的质量比为285
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295:3
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7:4520
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4560，搅拌时间为30min。3.根据权利要求1所述的锌离子混合超级电容器正极材料CZIF
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67
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CNTs的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王思亮，张绍军，方明，朱翠杰，王强，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：