应用于水系锌离子超级电容器的三维复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了应用于水系锌离子超级电容器的三维复合材料的制备方法，其技术方案是：具体步骤包括S1

【技术实现步骤摘要】
应用于水系锌离子超级电容器的三维复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料和储能
，具体涉及应用于水系锌离子超级电容器的三维复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，碳中和目标已成为全球经济社会发展的主题，传统化石能源的枯竭和可再生能源的兴起强烈要求着高效储能器件的发展，相较于传统的超级电容器，锌离子杂化超级电容器能有效地结合了超级电容器高功率密度和电池高能量密度的优点，展示出实际应用的光明前景，碳材料通常被视为锌离子杂化超级电容器一个良好的正极材料，其能通过对离子进行快速的吸脱附而极大地增强功率密度，然而，单纯地以碳材料作为正极的锌离子杂化超级电容器的能量密度依然较低，因此寻求一个能同时满足锌离子杂化超级电容器高能量和高功率密度的正极材料十分关键。
[0003]过渡金属层状双氢氧化物(LDHs)是一种具有层状结构的独特二维材料，由于其具有巨大的比表面积和快速的离子转移能力而受到研究人员的广泛关注，在众多LDH材料中，NiCo
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LDH因成本低、环境友好和高理论比电容的特点被视为一个优质候选者，然而LDH材料容易团聚和较差的导电性限制了其进一步的实际应用，解决上述问题的一个简单且行之有效地方法就是将LDH材料均匀地生长在导电基底上，这样一来，LDHs之间的空隙还能够有效抵御复合材料在充放电过程中的体积变化。
[0004]现有的导电基底包括泡沫镍、碳布等，然而泡沫镍在超级电容器充放电过程中存在易被电解液腐蚀的问题，碳布也因为自身较少的缺陷难以与LDH材料结合，这些严重地制约了LDH材料的电化学性能。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提供应用于水系锌离子超级电容器的三维复合材料的制备方法，通过利用Co在聚丙烯腈纳米纤维碳化过程中的催化石墨化作用，制备了具有多价态钴的高石墨化程度的多孔碳纳米纤维，通过水热法在Co/CoO
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CNF基底上均匀生长的NiCo
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LDH，以解决LDH材料导电性差和易团聚的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：应用于水系锌离子超级电容器的三维复合材料的制备方法，具体步骤如下：
[0007]S1、将聚丙烯腈粉末加入N,N－二甲基甲酰胺(DMF)中，加热搅拌使其充分混合均匀，得到质量百分比浓度为8％～12％的聚丙烯腈DMF溶液；
[0008]S2、向步骤S1中所得的聚丙烯腈DMF溶液中加入可溶性钴盐，加热搅拌12～24h使钴离子均匀分布在聚丙烯腈DMF溶液中；
[0009]S3、将步骤S2中所得的聚丙烯腈DMF溶液移入带有不锈钢针头的注射器中，放置在静电纺丝机进行静电纺丝，随后在静电纺丝机中的铝箔纸上得到均匀包覆的粉色纤维膜；
[0010]S4、将步骤S3中所得的粉丝纤维膜放在真空烘箱中过夜烘干，随后将其放置在马
弗炉中，在200～300℃的反应条件下反应1～3h，得到黑棕色的纤维膜；
[0011]S5、将步骤S4中所得的黑棕色纤维膜放置在管式炉中，在700～900℃的条件下，加热反应1～3h，最终得到黑色的钴/氧化亚钴碳纳米纤维膜；
[0012]S6、将步骤S4中所得的黑棕色纤维膜清洗烘干后一并与六水合硝酸镍、六水合硝酸钴、甲醇和少量的十六烷基三甲基溴化铵放入一定量的去离子水中超声混合均匀，其中钴源和镍源的摩尔比为0.5～1，甲醇和去离子水的体积比为3～4；
[0013]S7、将步骤S6中所得的混合溶液置于密封反应釜中，在110℃～130℃的条件下反应8～12h；
[0014]S8、待自然降温后，将步骤S7中反应釜中所得的纤维状样品，分别使用去离子水和乙醇超声清洗，烘干后即得具有三维复合结构的NiCo
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LDH@Co/CoO
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CNF。
[0015]优选的，在所述步骤S1中，所述的聚丙烯腈的相对分子质量为14000～16000。
[0016]优选的，在所述步骤S2中，可溶性钴盐的种类有硝酸钴、硫酸钴、氯化钴和醋酸钴。
[0017]优选的，在所述步骤S3中，静电纺丝机的参数设置为：电压14～18kV，收集距离为12～15cm，推注速率为0.06～0.12mm/min
‑1。
[0018]本专利技术实施例具有如下优点：
[0019]通过静电纺丝法结合热处理成功制备Co/CoO
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CNF基底，并以此为基底，合成了NiCo
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LDH@Co/CoO
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CNF复合材料，工艺简单、成本低廉、无毒无害，具有大规模生产的潜力，利用Co在聚丙烯腈纳米纤维碳化过程中的催化石墨化作用，制备了具有多价态钴的高石墨化程度的多孔碳纳米纤维，极大地改善了碳纳米纤维的导电性以及电解质的传输，通过水热法在Co/CoO
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CNF基底上均匀生长的NiCo
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LDH很好地解决了LDH材料导电性差和易团聚的问题，在应用于水系锌离子杂化超级电容器中时，取得了令人满足的能量密度。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
[0021]本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。
[0022]图1为本专利技术提供的实施列3所制得的NiCo
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LDH@Co/CoO
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CNF材料的扫描电镜(SEM)图；
[0023]图2为本专利技术提供的实施列3所制得的NiCo
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LDH@Co/CoO
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CNF材料的X射线衍射(XRD)图；
[0024]图3为本专利技术提供的实施列3所制得的NiCo
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LDH@Co/CoO
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CNF材料的高倍透射(HRTEM)图；
[0025]图4为本专利技术提供的实施列3所制得的NiCo
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LDH@Co/CoO
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CNF材料所构造而成的锌离子杂化超级电容器在1
‑
10Ag
‑1下的恒电流充放电曲线图。
具体实施方式
[0026]以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.应用于水系锌离子超级电容器的三维复合材料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：S1、将聚丙烯腈粉末加入N,N－二甲基甲酰胺(DMF)中，加热搅拌使其充分混合均匀，得到质量百分比浓度为8％～12％的聚丙烯腈DMF溶液；S2、向步骤S1中所得的聚丙烯腈DMF溶液中加入可溶性钴盐，加热搅拌12～24h使钴离子均匀分布在聚丙烯腈DMF溶液中；S3、将步骤S2中所得的聚丙烯腈DMF溶液移入带有不锈钢针头的注射器中，放置在静电纺丝机进行静电纺丝，随后在静电纺丝机中的铝箔纸上得到均匀包覆的粉色纤维膜；S4、将步骤S3中所得的粉丝纤维膜放在真空烘箱中过夜烘干，随后将其放置在马弗炉中，在200～300℃的反应条件下反应1～3h，得到黑棕色的纤维膜；S5、将步骤S4中所得的黑棕色纤维膜放置在管式炉中，在700～900℃的条件下，加热反应1～3h，最终得到黑色的钴/氧化亚钴碳纳米纤维膜；S6、将步骤S4中所得的黑棕色纤维膜清洗烘干后一并与六水合硝酸镍、六水合硝酸钴、甲醇和少量的十六烷基三甲基溴化铵放入一定量的去离子水中超声混合均匀，其中钴...

【专利技术属性】
技术研发人员：程伶俐，颜炳君，焦正，叶明贵，
申请(专利权)人：上大合肥产业技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：