一种基于太阳光辅助的非对称超级电容器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于太阳光辅助的非对称超级电容器及其制备方法，属于能源材料技术领域。该电容器包括：(1)泡沫镍上生长的ZnCo2O4纳米花作为正极材料；(2)泡沫镍上生长的CuCo2S4空心球作为负极材料；(3)6M KOH溶液作为电解液，在模拟太阳光照射下，将正负极材料组装成一种基于太阳光辅助的非对称超级电容器。本发明专利技术制备的基于太阳光辅助的非对称超级电容器在光照前后储能能力有了明显提升，光照后的最高比电容值在1A/g下可达215F/g，高于未经光照时的199F/g，将三个该器件串联起来，可点亮红色LED灯。点亮红色LED灯。点亮红色LED灯。

【技术实现步骤摘要】
一种基于太阳光辅助的非对称超级电容器及其制备方法


[0001]本专利技术属于能源材料
，具体涉及一种基于太阳光辅助的非对称超级电容器及其 制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能是一种绿色、丰富、价格低廉、无穷无尽的天然能源，随着社会受到环境问题的 不利影响，有效利用太阳能成为研究界的科学挑战之一。然而，光本身可以在某些半导体中 引起电荷分离，如何充分利用这种可再生能源仍存在争论。这种特殊的光电特性使得科学家 们认识到，太阳光在光电转换中起着重要的作用。在日常生活中，储能设备是必不可少的。 超级电容器具有成本低、功率密度高、使用寿命长等优点，是最重要的储能器件之一。然而， 目前制造的商用超级电容器能够提供的能量密度(小于10W h kg
‑1)通常比电池更低，从而 影响了其大规模使用。幸运的是，很多设备的充电通常是在户外进行的，这使得利用太阳能 成为可能。因此，开发光敏电极材料来促进电化学充电存储能力，对于下一代超级电容器具 有重要意义。
[0003]双电极太阳能可充电器件由于其在太阳能转换和存储中的潜在应用而引起了人们的高度 关注。其工作原理可以描述为光电极或光敏半导体电极表面产生的电子/空穴参与电池反应， 降低充电电位，提高能量效率。可应用于光辅助超级电容器的电极材料应具备适中的带隙(介 于1.8
‑
3.0eV之间)，能够吸收更多的可见光，还应具有较高的光生电子
‑
空穴分离效率和较 长激发寿命。目前为止，对于光敏正极材料的研究已经取得了重大进展，但寻找性能优异的 负极材料仍然是面临的一个挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于将太阳光有效利用在双电极可充电器件中，提供了一种基于太阳光 辅助的非对称超级电容器及其制备方法。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种基于太阳光辅助的非对称超级电容器，在泡沫镍表面上原位生长ZnCo2O4纳米花作 为正极材料；在泡沫镍表面上原位生长CuCo2S4空心球作为负极材料；以6M KOH溶液作为电 解液，在模拟太阳光照射下，组装成基于太阳光辅助的非对称超级电容器。
[0007]上述的一种基于太阳光辅助的非对称超级电容器的制备方法，包括如下步骤：
[0008]1)正极材料的制备：将Zn(NO3)2·
6H2O、Co(NO3)2·
6H2O、CO(NH2)2和NH4F溶解在蒸馏 水中，搅拌至充分溶解，得到混合溶液；将混合溶液转移至高压釜中，并放入泡沫镍，进行 水热反应，反应完成后冷却至室温，取出泡沫镍，洗涤，干燥，得到ZnCo2O4纳米花正极材 料；
[0009]2)负极材料的制备：将Cu(NO3)2·
3H2O、Co(NO3)2·
6H2O、CO(NH2)2和NH4F溶解在蒸馏 水Ⅰ中，搅拌至充分溶解，得到混合溶液Ⅰ；将混合溶液Ⅰ转移至高压釜中，并放入泡沫镍， 进行水热反应Ⅰ，反应完成后冷却至室温，取出泡沫镍，洗涤，干燥，得到负载CuCo2O4的 泡沫
镍作为前驱体；将Na2S
·
9H2O溶解在蒸馏水Ⅱ中，搅拌至充分溶解，得到混合溶液Ⅱ； 将混合溶液Ⅱ转移至高压釜中，并放入负载CuCo2O4的泡沫镍，进行水热反应Ⅱ，反应完成 后冷却至室温，取出泡沫镍，洗涤，干燥，得到CuCo2S4空心球负极材料；
[0010]3)组装：以6M KOH溶液作为电解液，将步骤1)制得的ZnCo2O4纳米花正极材料和步 骤2)制得的CuCo2S4空心球负极材料包裹起来，中间加一层隔膜，加以模拟太阳光的照射， 组装成基于太阳光辅助的非对称超级电容器。
[0011]进一步的，上述的制备方法，步骤1)中，按摩尔比，Zn(NO3)2·
6H2O：Co(NO3)2·
6H2O： CO(NH2)2：NH4F＝1:2:5:2；按固液比，Zn(NO3)2·
6H2O：蒸馏水＝0.297g：10
‑
20mL。
[0012]进一步的，上述的制备方法，步骤1)中，所述水热反应条件为在120℃
‑
140℃下反应2
‑
6 h。
[0013]进一步的，上述的制备方法，步骤2)中，按摩尔比，Cu(NO3)2·
3H2O、Co(NO3)2·
6H2O、 CO(NH2)2和NH4F＝1:2:5:2；按固液比，Cu(NO3)2·
3H2O：蒸馏水Ⅰ＝0.241g：10
‑
20mL， Na2S
·
9H2O：蒸馏水Ⅱ＝4g：60
‑
80mL。
[0014]进一步的，上述的制备方法，步骤2)中，所述水热反应Ⅰ条件为在120℃
‑
140℃下反应 2
‑
6h，水热反应Ⅱ条件为在120℃
‑
140℃下反应1
‑
3h。
[0015]进一步的，上述的制备方法，步骤1)和2)中，所述放入泡沫镍的大小为1
×
1.5cm。
[0016]进一步的，上述的制备方法，步骤1)和2)中，所述洗涤为分别用去离子水和无水乙醇 冲洗3
‑
5次。
[0017]进一步的，上述的制备方法，步骤1)和2)中，所述干燥条件为在60
‑
70℃干燥8
‑
12h。
[0018]进一步的，上述的制备方法，步骤3)中，所述模拟太阳光照射条件为，以500W的氙灯 作为光源，小于400nm的滤光片将入射光波长范围控制在可见光区。
[0019]本专利技术与现有技术相比，具有如下显著优点：
[0020]1、本专利技术制备的基于太阳光辅助的非对称超级电容器，选择了具有合适带隙(1.8eV) 的CuCo2S4作为负极材料，钴离子和铜离子可以提供较强的氧化还原性能，三元铜钴硫化物 (CuCo2S4)比二元金属硫化物(硫化钴或硫化铜)具有更好地电化学性能。另外，由于硫的 电负性较低，CuCo2S4具有很高的导电性和光敏性。
[0021]2、本专利技术制备的基于太阳光辅助的非对称超级电容器，是以一种光敏材料ZnCo2O4作为 正极，另一种光敏材料CuCo2S4作为负极，选择具有多重氧化态的正负极材料作为光敏电极， 有助于载流子传输，促进在电极表面发生快速可逆的法拉第反应。此外，正负电极材料均存 在混合氧化态，使得其组装成的两电极器件具有更好的电荷分离效率，能够提供更多的活性 位点，在光照前后储能能力有了明显提升。在光照下，能量密度最高可达58.53W h kg
‑1,与 商用超级电容器相比，有了很大的提高。
[0022]3、本专利技术制备的基于太阳光辅助的非对称超级电容器的正极和负极均采用低成本、易于 获得、对环境无害的材料，在碱性电解质中电极材料均具有良好的稳定性。
[0023]4、本专利技术制备的基于太阳光辅助的非对称超级电容器是一种高效的能量存储设备，能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太阳光辅助的非对称超级电容器，其特征在于，在泡沫镍表面上原位生长ZnCo2O4纳米花作为正极材料；在泡沫镍表面上原位生长CuCo2S4空心球作为负极材料；以6M KOH溶液作为电解液，在模拟太阳光照射下，组装成基于太阳光辅助的非对称超级电容器。2.权利要求1所述的一种基于太阳光辅助的非对称超级电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)正极材料的制备：将Zn(NO3)2·
6H2O、Co(NO3)2·
6H2O、CO(NH2)2和NH4F溶解在蒸馏水中，搅拌至充分溶解，得到混合溶液；将混合溶液转移至高压釜中，并放入泡沫镍，进行水热反应，反应完成后冷却至室温，取出泡沫镍，洗涤，干燥，得到ZnCo2O4纳米花正极材料；2)负极材料的制备：将Cu(NO3)2·
3H2O、Co(NO3)2·
6H2O、CO(NH2)2和NH4F溶解在蒸馏水Ⅰ中，搅拌至充分溶解，得到混合溶液Ⅰ；将混合溶液Ⅰ转移至高压釜中，并放入泡沫镍，进行水热反应Ⅰ，反应完成后冷却至室温，取出泡沫镍，洗涤，干燥，得到负载CuCo2O4的泡沫镍作为前驱体；将Na2S
·
9H2O溶解在蒸馏水Ⅱ中，搅拌至充分溶解，得到混合溶液Ⅱ；将混合溶液Ⅱ转移至高压釜中，并放入负载CuCo2O4的泡沫镍，进行水热反应Ⅱ，反应完成后冷却至室温，取出泡沫镍，洗涤，干燥，得到CuCo2S4空心球负极材料；3)组装：以6M KOH溶液作为电解液，将步骤1)制得的ZnCo2O4纳米花正极材料和步骤2)制得的CuCo2S4空心球负极材料包裹起来，中间加一层隔膜，加以模拟太阳光的照射，组装成基于太阳光辅助的非对称超级电容器。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，按摩尔比，Zn(NO3)2·
6H2O：Co(NO3)2·
6H2O：CO(NH2)2...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴阳，赵云波，张宇，刘旭，李辉，李瑞，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：