【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型储能材料与纳米材料合成，具体涉及一种钙片状cu2s-ni7s6复合物负极材料及其制备方法和在超级电容器方面的应用。
技术介绍
1、人类生活水平的提高严重依赖于以化石能源为基础的经济发展，这对我们的环境产生了严重影响，如温室效应、冰川融化、台风暴雨和土地沙漠化等。因此，许多人致力于将以化石能源为基础转变为以绿色能源为基础的经济发展模式。大力开发可再生能源，包括太阳能、风能、水力等。然而上述新能源的电力供给存在不稳定性和间歇性，因此需要先进的储能装置储存多余的能量并在需要时输出。一些能量存储装置，例如电池、燃料电池和超级电容器已不断被开发用以满足能源存储需求。在这些储能装置中，超级电容器因其高功率密度、快速充电/放电和出色的循环性能而成为下一代储能应用中最有前途的候选。
2、超级电容器作为一种新的电化学储能技术，填补了传统电容器和电池之间的空白。超级电容器比商用电池具有更高的功率密度和更长的循环寿命，而与传统电容器相比，它具有更高的能量密度和更宽的工作电压范围，因此它可以应用于电动汽车尤其是插电式混合动力汽车、电动公交车、港口起重机械和风力发电系统等不同应用领域。现在商用电容器一般以碳基材料为主，其能量密度一般为5-10wh kg-1远低于锂电池(100-200whkg-1)，不能满足各行业对不断提高的高能量密度器件的需要。为了解决这个问题，大多数研究主要集中在提高正极材料的容量，而负极材料研究相对较少且进展缓慢，其容量远低于正极，因此组装非对称超级电容器时负极和正极之间存在严重的不匹配问题，导致其能量
3、近年来，过渡金属基(如铁基、钼基、钒基和铜基)化合物由于其独特的氧化还原反应而具有较高的理论电容值，逐渐取代碳基材料而成为新的超级电容器负极材料。与广泛使用的金属氧化物和碳基材料相比，过渡金属硫族化物具有高导电性、低内阻、短离子扩散路径和量子尺寸效应等优异的电化学性能而被认为是储能领域有影响力的电极材料。硫化铜具有储量丰富、多变的价态和优异的电化学性能，它是当前最具潜力的负极材料而引起人们的广泛关注。科研工作者对这些单铜基硫化物负极材料进行一些研究和探索。例如，zhou等人利用一步溶剂热法在碳布原位生长cus纳米片制备出cus/cc电极材料，在电流密度为1ma cm-2时的面积比电容为0.44f cm-2，组装cus/cc//ac器件在功率密度为3.2mw cm-2时的能量密度为0.027mwh cm-2(wending z,jieyu m,xuehua y,et al.boostedelectrochemical performance of cus anchored on carbon cloth as an integratedelectrode for quasi-solid-state flexible supercapacitor[j].journal ofelectroanalytical chemistry,2021,897:115610)。li等人采用简单的溶剂热法在多孔活性炭材料上生长出由大量纳米片堆叠而成的三维微米花状cus负极材料，在1a g-1时的比电容为954f g-1，远高于纯cus的579.2f g-1和多孔活性炭的329.6f g-1(li c,he p,jia l,etal.facile synthesis of3d cus micro-flowers grown on porous activated carbonderived from pomelo peel as electrode for high-performance supercapacitors[j].electrochimica acta,2019,299:253-261)。li等人采用一锅溶剂热法在石墨烯纳米片上生长出分层纳米结构的cus纳米片阵列负极材料，在0.2a g-1时的比电容为497f g-1(li x,zhou k,zhou j,et al.cus nanoplatelets arrays grown on graphenenanosheets as advanced electrode materials for supercapacitor applications[j].journal ofmaterials science&technology,2018,43:2342-2349)。由此可以看出，这些多孔碳、单金属铜基硫化物负极材料的比电容较低，导致其组装后器件的能量密度也较低。
4、为了进一步提高超级电容器负极材料的容量和组装器件的能量密度等电化学性能，将铜基硫化物与其它金属化合物复合，制备铜基硫化物的复合物，以充分利用不同组分间的协同效应、异质结构和产生的内部电场，从而提供更多的电活性位点和促进电子的快速转移。han等人采用煅烧和选择硫化制备的异质结构cus/fe2o3电极材料，在1ag-1时的负极性能为921f g-1，在pva/koh凝胶固态电解质中组装的cus/fe2o3//mno2器件，在功率密度为900wkg-1时的能量密度为56.6wh kg-1(xuzhao han,et al.construction ofvacancies-enriched cus/fe2o3 with nano-heterojunctions as negative electrodefor flexible solid-state supercapacitor[j].journal ofalloys and compounds,2022,916:165443)。lu等人采用四步法合成泡沫镍负载纳米cuco2sx(oh)y@nife-ldh复合物负极材料，在5ma cm-2时的面积比电容为5.3f cm-2,高于cuco2s4的1.69f cm-2和cuco2sx(oh)y的2.94f cm-2(faxue lu,et al.electric field-induced ball-cactus-likecuco2sx(oh)y nano-heterostructure towards high-performance supercapacitors[j].inorganic chemistry frontiers,2023doi:10.1039/d3qi01277h)。作为超级电容器电极材料，硫化镍以不同相存在，有nis、ni3s2、nis2、ni3s4、ni7s6和ni9s8等，它们储量丰富、带隙窄、理论比容量大同时价格低廉而成为正极材料的重要候选，但应用于超级电容器负极材料的研究非常少。例如，wang等人采用电沉积法和离子层吸附反应法在泡沫镍上制备mos2/nis复合物负极材料，电解液为1.0m的na2so4水溶液，测试电位窗口为-1.0～-0.3v，在1ma cm-2时的面积比电容为0.72f cm-2(hongyan wang,et al.in situ growth mos2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钙片状Cu2S-Ni7S6复合物负极材料及其制备方法和应用，其特征在于，制备包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中混合溶液中硫脲的浓度为30～50mM。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中混合溶液中去离子水和无水乙醇的体积比为1:1～1:4。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中三种不同金属片为泡沫镍或镍网、泡沫铜或铜网和铜片。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中三种不同金属片泡沫镍或镍网、泡沫铜或铜网和铜片的面积比为1:1:3。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中三种不同金属片的预处理过程是将泡沫镍或镍网、泡沫铜或铜网和铜片分别在3M的HCl溶液中超声酸洗10-15min，以去除表面的氧化物和杂质，然后在去离子水中超声清洗3-5次至溶液为中性，在无水乙醇中清洗后干燥。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中溶剂热反应的温度为150℃，反应时间为6～10
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法合成一种钙片状Cu2S-Ni7S6复合物负极材料及其制备方法，其特征在于，通过以三种不同的金属片作为导电基片和产物的金属源，硫脲为硫源，在铜片上原位生长钙片状Cu2S-Ni7S6复合物，它是由两层不同形貌的纳米材料构成，下层是钙片状纳米带阵列，上层是由大量颗粒相互连接组成的珊瑚状形貌，构成新颖的三维分层复合结构。该电极材料同时拥有很高的面积比电容、倍率性能和杰出的循环稳定性。
9.根据权利要求1～7任一项所述的制备方法合成一种钙片状Cu2S-Ni7S6复合物负极材料及其制备方法和应用，其特征在于，将所述钙片状Cu2S-Ni7S6复合物负极材料可直接应用于下一代高性能超级电容器，并且在锂离子电池和电催化等领域也具有广泛的应用前景。
...【技术特征摘要】
1.一种钙片状cu2s-ni7s6复合物负极材料及其制备方法和应用，其特征在于，制备包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中混合溶液中硫脲的浓度为30～50mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中混合溶液中去离子水和无水乙醇的体积比为1:1～1:4。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中三种不同金属片为泡沫镍或镍网、泡沫铜或铜网和铜片。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中三种不同金属片泡沫镍或镍网、泡沫铜或铜网和铜片的面积比为1:1:3。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中三种不同金属片的预处理过程是将泡沫镍或镍网、泡沫铜或铜网和铜片分别在3m的hcl溶液中超声酸洗10-15min，以去除表面的氧化物和杂质，然后在去离子水中超声清洗3-5次至溶液为中性，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王为波，郑世龙，张彤，褚晓珂，毕文静，谭龙，马伯江，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：
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