用于超级电容器电极的金属-有机骨架制造技术

一般地提供了金属

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于超级电容器电极的金属
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有机骨架
[0001]相关申请
[0002]本申请根据35 U.S.C.
§
119(e)要求2019年9月30日提交的并且题为“Metal
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Organic Frameworks for Supercapacitor Electrodes”的美国临时申请第62/908,297号的优先权，其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。


[0003]一般地提供了适合于用作超级电容器电极的金属
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有机骨架、包括金属
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有机骨架的超级电容器电极、超级电容器以及相关联的制品和成分。

技术介绍

[0004]超级电容器由于其远高于蓄电池的电力输送能力的电力输送能力正越来越多地用于更多的应用。另一方面，蓄电池在高能量容量方面很擅长。出于这个原因，当前技术研发面临的挑战之一是将会表现出超级电容器的高功率密度和蓄电池的高能量密度两者的电池的设计，并且因此需要具有高功率密度和高能量密度两者的新电极。

技术实现思路

[0005]一般地描述了金属
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有机骨架、超级电容器电极和超级电容器。
[0006]在一些实施方案中，提供了一种超级电容器电极。超级电容器电极包括金属
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有机骨架，该金属
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有机骨架包括与多个配体配位的多个金属离子。多个配体包括包含两个或更多个硫供体原子的配体。金属离子通过硫供体原子与包含硫供体原子的配体配位。
[0007]在一些实施方案中，超级电容器电极包括金属
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有机骨架，该金属
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有机骨架包括与多个配体配位的多个金属离子。金属
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有机骨架被构造成与第二多个离子相互作用使得第二多个离子被嵌入和/或吸附至金属
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有机骨架中。金属
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有机骨架被构造成使得金属离子的至少一部分在超级电容器电极的充电和/或放电期间经历氧化还原反应。
[0008]在一些实施方案中，提供了一种方法。该方法包括：在金属
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有机骨架中进行氧化还原反应，该金属
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有机骨架包括与多个配体配位的多个金属离子；以及将第二多个离子嵌入至金属
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有机骨架中。第二多个离子和金属
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有机骨架一起具有中性电荷。
[0009]在一些实施方案中，提供了一种金属
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有机骨架。该金属
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有机骨架包括与多个配体配位的多个金属离子。金属离子包括镍离子、钴离子、铁离子、铂离子和/或钯离子。多个配体包括包含两个或更多个硫供体原子的配体。金属离子通过硫供体原子与包含硫供体原子的配体配位。金属
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有机骨架包括具有大于或等于0.3nm且小于或等于1nm的平均孔尺寸的多个孔。
[0010]在一些实施方案中，提供了一种超级电容器。该超级电容器包括：包括第一金属
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有机骨架的第一电极；以及包括第二金属
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有机骨架的第二电极。各金属
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有机骨架包括与多个配体配位的多个金属离子。第二金属
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有机骨架与第一金属
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有机骨架不同。
[0011]当结合附图考虑时，本专利技术的其他优点和新特征将从本专利技术的各种非限制性实施
方案的以下详细描述变得明显。在本说明书和通过引用并入的文献包括冲突和/或不一致的公开内容的情况下，应以本说明书为准。
附图说明
[0012]将参照附图通过实例的方式描述本专利技术的非限制性实施方案，附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。在图中，所示的各个相同或几乎相同的组件通常由单个数字表示。为了清楚起见，在不需要图示说明来使本领域普通技术人员理解本专利技术的情况下，不是每个组件在每幅图中都被标记，也不是本专利技术的每个实施方案的每个组件都被示出。在图中：
[0013]图1示出了根据一些实施方案的金属
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有机骨架的一个非限制性实施方案；
[0014]图2示出了根据一些实施方案的包括多个二维片的金属
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有机骨架的一个非限制性实施方案；
[0015]图3示出了根据一些实施方案的包括多个孔的金属
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有机骨架的顶视图的一个非限制性实施方案；
[0016]图4示出了根据一些实施方案的金属
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有机骨架内的这种二维片的侧视图的一个非限制性实施方案；
[0017]图5示出了根据一些实施方案的将离子在两个二维片之间嵌入至金属
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有机骨架中的方法的一个非限制性实施方案；
[0018]图6示出了根据一些实施方案的将离子吸附至金属
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有机骨架中——吸附至其中的多个孔中——的过程的一个非限制性实施方案；
[0019]图7示出了根据一些实施方案的包括金属
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有机骨架的超级电容器电极的一个非限制性实施方案；
[0020]图8示出了根据一些实施方案的包括包含金属
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有机骨架的电极的超级电容器的一个非限制性实施方案；
[0021]图9A示出了根据一些实施方案的金属
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有机骨架的结构的一个非限制性实施方案；
[0022]图9B示出了根据一些实施方案的水性LiCl电解质中的Cu3BHT1电极的循环伏安法(CV)曲线；
[0023]图9C示出了根据一些实施方案的金属
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有机骨架的恒电流充电/放电扫描；
[0024]图10示出了根据一些实施方案的金属
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有机骨架的循环伏安法曲线；
[0025]图11A示出了根据一些实施方案的针对Cu3BHT1电极收集的电化学阻抗谱(EIS)奈奎斯特图(Nyquist plot)；
[0026]图11B示出了根据一些实施方案的Cu3BHT1的粉末X射线衍射图案；
[0027]图12示出了根据一些实施方案的在包含乙腈和LiPF6的电解质存在下Cu3BHT1电极的循环伏安法曲线；
[0028]图13A示出了根据一些实施方案的Ni3BHT1结构的示意图；
[0029]图13B示出了根据一些实施方案的金属
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有机骨架的在2mV/秒下进行的循环伏安法曲线；
[0030]图13C示出了根据一些实施方案的金属
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有机骨架的作为扫描速率的函数的比电容；
[0031]图14A至图14C示出了根据一些实施方案的在不同的扫描速率和电位窗口处在包含乙腈和LiPF6的电解质中的Ni3BHT1的循环伏安法曲线；
[0032]图14D示出了根据一些实施方案的金属
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有机骨架的作为扫描速率的函数的比电容；
[0033]图15示出了根据一些实施方案的在20mV/秒的扫描速率下进行的包含乙腈和NaPF6的电解质中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种超级电容器电极，包括：金属
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有机骨架，所述金属
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有机骨架包括与多个配体配位的多个金属离子，其中：所述多个配体包括包含两个或更多个硫供体原子的配体；以及所述金属离子通过所述硫供体原子与包含所述硫供体原子的所述配体配位。2.一种超级电容器电极，包括：金属
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有机骨架，所述金属
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有机骨架包括与多个配体配位的多个金属离子，其中：所述金属
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有机骨架被构造成与第二多个离子相互作用使得所述第二多个离子被嵌入和/或吸附至所述金属
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有机骨架中，以及所述金属
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有机骨架被构造成使得所述金属离子的至少一部分在所述超级电容器电极的充电和/或放电期间经历氧化还原反应。3.一种方法，包括：在金属
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有机骨架中进行氧化还原反应，所述金属
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有机骨架包括与多个配体配位的多个金属离子；以及将第二多个离子嵌入至所述金属
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有机骨架中，其中所述第二多个离子和所述金属
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有机骨架一起具有中性电荷。4.一种金属
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有机骨架，包括：与多个配体配位的多个金属离子，其中：所述金属离子包括镍离子、钴离子、铁离子、铂离子和/或钯离子；所述多个配体包括包含两个或更多个硫供体原子的配体；以及所述金属离子通过所述硫供体原子与包含所述硫供体原子的所述配体配位。5.一种超级电容器，包括：包括第一金属
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有机骨架的第一电极；以及包括第二金属
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有机骨架的第二电极，其中：各金属
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有机骨架包括与多个配体配位的多个金属离子；以及所述第二金属
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有机骨架与所述第一金属
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有机骨架不同。6.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中所述多个金属离子包括镍离子以及所述多个配体包括六巯基苯配体。7.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方
法，其中所述金属
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有机骨架具有以下结构：并且其中M是镍离子。8.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中所述金属
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有机骨架具有二维结构。9.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中所述金属
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有机骨架包括多个二维片。10.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中所述多个二维片之间的相互作用能小于所述多个二维片内的键强度。11.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中所述二维片彼此对准。12.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中所述二维片之间的平均间距大于或等于0.3nm且小于或等于1nm。13.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中所述金属
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有机骨架包括多个孔。14.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中所述多个孔位于所述多个二维片中。15.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中所述金属离子包括铜离子、镍离子、钴离子、铁离子、钯离子和/或铂离子。16.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中所述金属离子的一部分与两个或更多个配体缔合。17.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中包含所述两个或更多个硫供体原子的所述配体的一部分与两个或更多个金属离子缔合。18.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中包含所述两个或更多个硫供体原子的所述配体是多齿配体。19.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、金属
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有机骨架或方法，其中所述硫供体原子围绕有机核布置。20.根据任一项前述权利要求所述的超级电容器、超级电容器电极、...

【专利技术属性】
技术研发人员：米尔恰，
申请(专利权)人：兰博基尼汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：