【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种3d打印钒酸锌/碳纳米复合电极及其制备方法和应用，属于化学材料领域。
技术介绍
1、随着社会的快速发展，化石能源导致的污染日益增加，清洁可再生能源得到了很大的发展。而一些清洁能源，如太阳能，风能，地热能等在接入电网时不稳定，因此需要合适的储能系统。在众多储能器件中，锂离子电池因为具有很高的能量密度及长循环寿命，被认为是最有前途的技术之一。然而，世界上的锂资源分布不均，大部分集中在南美，且储量匮乏，严重限制了锂离子电池的发展，迫切需要开发替代型的电化学存储技术。钠在地壳中的储量比较丰富(约2.36％)，分布广泛，开发成本低廉，吸引了大量研究者们的注意。同时，钠与锂具有相似的物理化学性质，因此，钠离子电池具有与锂离子电池相似的工作原理，也被认为是最有望取代锂离子电池的技术之一。
2、经过大量不懈的探索，钠离子电池已经取得了很大的进展。然而，相比于较高的能量密度，较长的循环寿命，钠离子电池的功率密度一直是一块短板，减缓了其在实际应用方面的进程。另一方面，超级电容器具有超长的循环寿命和较高的功率密度受到广泛关注，但由于较低的能量密度，发展受到严重限制。钠离子混合超级电容器因为综合了钠离子电池的高能量密度和超级电容器的高功率密度，成为近年来储能领域的一个研究热点。然而，由于大部分钠离子混合电容器采用电池型的负极，电容型的正极，因此也面临着正负极动力学不匹配的问题。提升负极材料的反应动力学是解决上述问题的关键。钒酸锌具有较高的理论容量，其开放的晶体结构也为电子、离子提供了宽敞的运输通道，能够促进钠离子的存储，加快储
技术实现思路
1、根据本申请的一个方面，提供了一种znv2o4/碳纳米复合材料，该复合材料为一维核壳状的znv2o4/碳纳米复合材料，一维核壳结构不仅可以提高znv2o4的导电性，而且可以有效防止znv2o4在充放电过程中钠离子嵌入脱出所产生的体积膨胀，获得优异的循环稳定性能。另一方面，一维纳米线状的znv2o4纳米复合材料可以提供快速的钠离子传输路径，从而获得更高的功率密度以及能量密度。
2、一种znv2o4/碳纳米复合材料，所述复合材料包括znv2o4纳米线、zif-8多孔碳；
3、所述复合材料为一维核壳结构；
4、其中，所述znv2o4纳米线为核；
5、所述zif-8多孔碳为壳。
6、可选地，所述复合材料的粒径为100～300。
7、可选地，所述复合材料的粒径独立地选自100、150、180、200、220、250、300中的任意值或任意两者之间的范围值。
8、可选地，所述znv2o4纳米线的直径为30nm～50nm。
9、可选地，所述znv2o4纳米线的直径独立地选自30nm、35nm、40nm、45nm、50nm中的任意值或任意两者之间的范围值。
10、可选地，所述zif-8多孔碳的厚度为30nm～60nm。
11、可选地，所述zif-8多孔碳的厚度独立地选自30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm中的任意值或任意两者之间的范围值。
12、可选地，所述znv2o4纳米线为晶体。
13、可选地，所述znv2o4纳米线的显露面选自(220)面、(311)面、(400)面中的至少一面。
14、根据本申请的第二个方面，提供了一种znv2o4/碳纳米复合材料的制备方法。此方法生产工艺简单，环境友好，产品产率高。所述纳米复合材料的制备方法，以v2o5纳米线前驱体为钒源，以zn-mof为锌源，在高温热处理过程中，v2o5纳米线与zn-mof反应生成znv2o4纳米线，同时zn-mof碳化成石墨化良好的碳基质，并附着在znv2o4纳米线的表面得到一维核壳结构的znv2o4/碳纳米复合材料。
15、一种复合材料的制备方法，包括以下步骤：
16、(s1)将含有钒源的混合物置于密闭容器中，反应得到v2o5纳米线；
17、(s2)将含有所述v2o5纳米线、锌源、有机配体、溶剂的混合物，自组装得到v2o5@zif-8；
18、(s3)将上述所述v2o5@zif-8煅烧得到znv2o4/碳纳米复合材料。
19、可选地，在步骤(s1)中，所述钒源选自五氧化二钒、偏钒酸铵、钒酸钠、乙酰丙酮氧钒中的至少一种。
20、可选地，在步骤(s1)中，反应的条件如下：
21、温度为200℃～220℃；
22、时间为46h～50h。
23、可选地，在步骤(s1)中，温度独立地选自205℃、210℃、215℃、220℃中的任意值或任意两者之间的范围值。
24、可选地，在步骤(s1)中，时间独立地选自46h、47h、48h、49h、50h中的任意值或任意两者之间的范围值。
25、可选地，在步骤(s2)中，所述锌源选自硝酸锌、乙酰丙酮锌中的至少一种。
26、可选地，在步骤(s2)中，所述有机配体选自二甲基咪唑、二甲基苯并咪唑、苯并咪唑中的至少一种。
27、可选地，在步骤(s2)中，所述溶剂选自甲醇、乙醇、水中的至少一种。
28、可选地，在步骤(s2)中，所述v2o5纳米线、所述锌源、所述有机配体的摩尔比为1：1～6：5～20。
29、可选地，在步骤(s2)中，所述v2o5纳米线与所述溶剂的固液比为1～6。
30、可选地，在步骤(s2)中，自组装的条件如下：
31、温度为15℃～40℃；
32、时间为3h～6h。
33、可选地，在步骤(s2)中，温度独立地选自15℃、20℃、25℃、40℃中的任意值或任意两者之间的范围值。
34、可选地，在步骤(s2)中，时间独立地选自3h、4h、5h、6h中的任意值或任意两者之间的范围值。
35、可选地，在步骤(s3)中，煅烧的条件如下：
36、温度为600℃～700℃；
37、时间为2h～4h。
38、可选地，在步骤(s3)中，温度独立地选自600℃、610℃、620℃、630℃、640℃、650℃、660℃、670℃、680℃、690℃、700℃中的任意值或任意两者之间的范围值。
39、可选地，在步骤(s3)中，时间独立地选自2h、3h、4h中的任意值或任意两者之间的范围值。
40、可选地，在步骤(s3)中，煅烧在非活性气体下进行。
41、可选地，非活性气体选自氮气、氩气、氖气中的至少一种。
42、根据本申请的第三个方面，提供了一种复合电极。该复合电极具有3d打印的三维多孔结构，有利于电解液的渗透，从而获得更高的功率密度以及能量密度。
43、一种复合电极，所述复合电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种ZnV2O4/碳纳米复合材料，其特征在于，所述复合材料包括ZnV2O4纳米线、ZIF-8多孔碳；
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的粒径为100nm～300nm；
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述ZnV2O4纳米线为晶体；
4.一种复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(S1)中，所述钒源选自五氧化二钒、偏钒酸铵、钒酸钠、乙酰丙酮氧钒中的至少一种；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(S2)中，所述锌源选自硝酸锌、乙酰丙酮锌中的至少一种；
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(S2)中，自组装的条件如下：
8.一种复合电极，其特征在于，所述复合电极包括复合材料；
9.权利要求8所述复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.权利要求8所述的复合电极和/或权利要求9所述的制备方法得到的复合电极在钠离子混合超级电容器中的应
...【技术特征摘要】
1.一种znv2o4/碳纳米复合材料，其特征在于，所述复合材料包括znv2o4纳米线、zif-8多孔碳；
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的粒径为100nm～300nm；
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述znv2o4纳米线为晶体；
4.一种复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(s1)中，所述钒源选自五氧化二钒、偏钒酸铵、钒酸钠、乙酰丙酮氧钒中...
【专利技术属性】
技术研发人员：温珍海，袁俊，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：
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