【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞mxene材料的制备方法及其应用，特别涉及一种用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞mxene负极材料的制备方法及其应用。
技术介绍
1、在新能源汽车领域，超级电容器最为广泛的应用于城市混合动力汽车制动能量回收系统。由超级电容器模块组成的制动能量回收系统能够吸收并存储车辆在制动时产生的全部动能，当汽车启动或加速时将这些能量释放出来，从而使车辆节省油耗，减少排放。超级电容器的功率密度较大，具有快充快放特性，作为新能源汽车的一种新技术路线，超级电容器非常适合城市汽车的示范运行。
2、超级电容器作为一种储能装置，拥有可以快速充放电的突出优势，钾离子超级电容器因其丰富的钾离子资源和与锂离子相似的氧化还原电位(-2.93v)，高的功率密度，长的循环寿命而受到储能领域广泛关注，在新能源汽车领域具备巨大的应用前景。目前新能汽车用超级电容器的商用负极材料为碳材料，其具有低成本、高导电性、热稳定性和化学稳定性等优点，是钾离子超级电容器常用的电极材料。碳材料因离子储存位点不足、电子电导性和钾离子扩散性不足等问题，难以满足高效钾离子超级电容器的要求。
3、mxene材料由于其与碳材料相似的二维结构、可控的层结构、高比表面积、丰富的可控表面官能团、优异的导电性和良好的化学稳定性，被预测为新一代新能源汽车用储能材料，成为一种理想的碳电极替代材料。然而，由于在长循环过程中大直径钾离子的嵌入与脱出，体积发生严重形变，导致比容量急剧衰减和倍率性能大幅降低。>
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有高比容量、长循环充放电质量比容量衰减小的用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞mxene材料的制备方法及其应用。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞mxene材料的制备方法，具体步骤如下：
4、(1)六方碳空位的max相ti3alc2的制备
5、通过调整冷却工艺，在max相ti3alc2前驱体制造大量碳空位缺陷，在有序六方碳空位缺陷处产生脱落态ti3alc2，为后续制备多层六方孔洞mxene提供前期基础；首先，将脱氢钛粉、纯铝粉和经过改性处理的球形石墨粉按照摩尔比2.95：1.05：1.6放入真空热压烧结炉中，在真空热压烧结炉内以氩气作为保护气氛进行热压烧结，烧结温度为1400℃，真空热压烧结炉的压头压力设置为10t，热压烧结时间为3h；热压烧结完成后，液氮冷却2h，得到六方碳空位的max相ti3alc2；高温煅烧后的ti3alc2其内部将产生大量的有序碳空位，采用液氮快速冷却后，形成黑色六边形空位；六边形碳空位所在处的ti3alc2出现脱落趋势。脱落处将撬开紧密层状的max相ti3alc2，为后续刻蚀提供有利基础；
6、(2)微波辅助刻蚀制备多层六方孔洞mxene材料
7、利用微波辅助刻蚀制备六方孔洞mxene，微波辅助刻蚀利用微波高能量、高频率和高温的特殊性质以及引起材料表面的局部加热的特点局部冲击碳缺陷处脱落态max相ti3alc2形成六方孔洞，同时提高刻蚀效率和质量促进层间分层；按照每2g六方碳空位的max相ti3alc2加入40ml氟化铵与盐酸的混合液，在磁力搅拌条件下，将六方碳空位的max相ti3alc2加入到氟化铵与盐酸的混合液中，所述氟化铵与盐酸的质量比为1:7；室温下在微波反应器中微波辅助刻蚀2h，然后，室温下在超声装置中超声震荡2h，离心；经离心后的沉淀用去离子水清洗至液体ph＝6并抽滤后，将滤饼烘干6h，得到多层六方孔洞mxene负极材料。
8、进一步的，微波辅助刻蚀时，微波功率为300w，频率为2.45ghz，压力为1gpa。
9、进一步的，真空热压烧结炉的功率为50kw。
10、进一步的，真空热压烧结炉压头的有效接触面的直径为φ85mm。
11、进一步的，氩气保护气氛的充气压力为0.03mpa。
12、一种上述的制备方法制备的碳空位缺陷多层六方孔洞mxene材料在水系钾离子超级电容器中的应用。
13、进一步的，所述碳空位缺陷多层六方孔洞mxene材料作为水系钾离子超级电容器电极材料为负极材料；水系钾离子超级电容器的制备过程如下：
14、(1)碳空位缺陷多层六方孔洞mxene负极制备
15、碳空位缺陷多层六方孔洞mxene负极材料与乙炔黑、pvdf按照质量比9:0.5:0.5混合研磨1h，滴加nmp形成浆料，涂覆在泡沫镍上，并辊压平整，在80℃烘干下12h，用压力机以20mpa压力保压30s，得到碳空位缺陷多层六方孔洞mxene负极；
16、(2)活性炭正极制备
17、活性炭与乙炔黑、pvdf按照质量比9:0.5:0.5混合研磨1h，滴加nmp形成浆料，涂覆在泡沫镍上，并辊压平整，在80℃烘干下12h，用压力机以20mpa压力保压30s，得到活性炭正极；
18、(3)组装水系钾离子超级电容器
19、将碳空位缺陷多层六方孔洞mxene负极、隔膜、活性炭正极依次装入电容器外壳内，封装，注入电解液，得到碳空位缺陷多层六方孔洞mxene水系钾离子超级电容器。
20、本专利技术的有益效果是：
21、(1)本专利技术将热压烧结后的六方碳空位的max相ti3alc2通过液氮急速冷却的方法，在max相ti3alc2前驱体上制备出大量碳空位缺陷，在有序化六方碳空位处产生脱落态ti3alc2，随后利用微波辅助刻蚀的方法，将脱落态ti3alc2刻蚀除去，制备了多层六方孔洞的mxene新材料，丰富了mxene储能材料家族。
22、(2)本专利技术制备的多层六方孔洞mxene直接捕获大尺寸半径的钾离子而自身体积没有发生严重形变。并且，六方孔洞的存在增加了mxene的比表面积，为电解液中钾离子的存储提供了更多的活性位点，大幅度提高了水系钾离子超级电容器的质量比容量，且具有长循环充放电质量比容量衰减小的特点。解决了常规超级电容器中碳材料对电解液中的钾离子储存位点不足、质量比容量低的难题。
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1.一种用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞MXene负极材料的制备方法，其特征是：具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞MXene负极材料的制备方法，其特征是：微波辅助刻蚀时，微波功率为300W，频率为2.45GHz，压力为1GPa。
3.根据权利要求1所述的用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞MXene负极材料的制备方法，其特征是：真空热压烧结炉的功率为50KW。
4.根据权利要求1所述的用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞MXene负极材料的制备方法，其特征是：真空热压烧结炉压头的有效接触面的直径为Φ85mm。
5.根据权利要求1所述的用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞MXene负极材料的制备方法，其特征是：氩气保护气氛的充气压力为0.03MPa。
6.一种如权利要求1所述的制备方法制备的碳空位缺陷多层六方孔洞MXene负极材料在水系钾离子超级电容器中的应用。
7.根据权利要求6所述的碳空位缺陷多层六方孔
...【技术特征摘要】
1.一种用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞mxene负极材料的制备方法，其特征是：具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞mxene负极材料的制备方法，其特征是：微波辅助刻蚀时，微波功率为300w，频率为2.45ghz，压力为1gpa。
3.根据权利要求1所述的用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞mxene负极材料的制备方法，其特征是：真空热压烧结炉的功率为50kw。
4.根据权利要求1所述的用于水系钾离子超级电容器的碳空位缺陷多层六方孔洞mxene负极材料...
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