【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，属于超级电容器电极材料制备领域。
技术介绍
1、超级电容器作为新一代储能设备，广泛应用在混合动力汽车、可再生能源存储、电网稳定系统、柔性可穿戴设备、生物传感器、人体医学等领域。虽然二次电池储能设备拥有较高的能量密度，但是由于其储能机制为电解质阳离子在电极材料层间的嵌入与脱出，缓慢的化学动力学过程使得这些器件缺乏快速充放电的能力以及长久的循环寿命。而超级电容器可以通过在电极表面发生双电子层行为以及快速可逆的氧化还原反应提供高效的电荷转移效率，从而带来可观的功率密度以及循环寿命。过渡族金属氧化物具有高额的理论比容量，在作为超级电容器电极材料方面虽然已得到了广泛研究，但是仍然面临一些问题。首先，该类电极材料本征电导率较低，另外在充放电循环过程中伴随氧化还原反应过程产生的体积膨胀问题，都导致了其实际容量与理论容量仍有较大差距。与过渡金属氧化物的赝电容储能机制不同的是，碳材料拥有典型的双电子层电容行为，具有导电性优良、化学稳定性好、储量丰富以及制作成本低等优点。硼碳氮（bcn）是一种b、n原子共掺杂碳的一种三元体系类石墨结构，杂原子掺杂使得bcn具有丰富的表面活性位点以及结构缺陷，这使其有望代替石墨烯集流体而对负载组分的电化学活性起到活化作用，进而解决过渡金属氧化物实际容量偏低的问题。目前普遍采用传统的浆料涂敷的电极制备将电极活性物质与集流体结合，这不仅会增加额外的时间与资源消耗，而且集流体与活性物质间的非良性接触也不利于界面处的电荷转移，上述两点极大地限制了碳材料
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，通过构建bcn/双金属氧化物活性界面来加速电荷转移的动力学过程，最终实现单位面积电极活性物质的高质量负载，获得超高面积比容量的bcn基电极材料。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，包括以下步骤：
4、（1）配置双金属盐混合溶液作为电沉积电解液；
5、（2）在电沉积电解液中，三电极体系下使用电沉积的方法在硼碳氮自支撑电极上负载层状双金属氢氧化物，经干燥和高温退火得到硼碳氮双金属氧化物自支撑电极。
6、进一步地，所述的硼碳氮自支撑电极的制备方法为：
7、1）将硼源、碳源和氮源加入水中，溶解制得混合溶液；
8、2）将酸处理的导电基底和步骤1）中的混合溶液置于刚玉舟中进行干燥处理，冷却至室温后取出，得到附着前驱体的导电基底；
9、3）在惰性气体氛围下，对附着前驱体的导电基底进行高温处理，降温后得硼碳氮自支撑电极。
10、进一步地，步骤1）中硼源为硼酸、四硼酸钠、硼酸钾、硼氢化钾中的一种以上，氮源为尿素、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种以上，碳源为分子量1000~2000的聚乙二醇、聚乙烯醇、淀粉中的一种以上；所述的硼源、碳源和氮源的质量比为1.2~20：30~90：15~25；溶解的温度为55~95 ℃，溶解时间为20~60 min。
11、进一步地，步骤2）中导电基底的酸处理方法为：将导电基底置于水和酸的混合溶剂中水热反应，反应结束后水洗至中性、干燥。
12、进一步地，，所述的导电基底为碳布或碳纸，混合溶剂中水和浓硝酸的体积比为3:10，水热反应温度为120~150 ℃，反应时间为12~20 h，干燥的温度为50~100 ℃。
13、进一步地，步骤2）中干燥处理的方法为80~120 ℃加热干燥、冷冻干燥和真空干燥中的一种；步骤3）中惰性气体是ar或者n2，高温处理的温度为600~1000 ℃，升温速率为2~5℃/min，保温时间为4~6 h。
14、进一步地，步骤（1）中的双金属盐为镍盐和钴盐、锰盐和镍盐、钴盐和铁盐、镍盐和铁盐、铜盐和铁盐中的一种，金属盐为硝酸盐、醋酸盐和硫酸盐中的一种以上；双金属盐混合溶液的摩尔浓度为0.02~1.0 mol/l。
15、进一步地，步骤（2）中所述的电沉积的方法为恒电流沉积法、恒电位沉积法、循环伏安法中的一种；干燥温度为50~120 ℃；高温退火的条件为280~300 ℃下保温2~3 h，升温速率为1~5 ℃/mim。
16、本专利技术中，所述的方法获得的硼碳氮双金属氧化物自支撑电极。
17、本专利技术中，所述的硼碳氮双金属氧化物自支撑电极在超级电容器中的应用。硼碳氮自支撑电极和硼碳氮双金属氧化物自支撑电极分别作为超级电容器的负极和正极，可以组装为性能优异的超级电容器。
18、本专利技术取得的有益效果为：
19、本专利技术基于硼碳氮（bcn）辅助的全新策略用以提升过渡金属氧化物超电材料的比容量，构建bcn―双金属氧化物活性界面来加速电荷转移的动力学过程。牢固的bcn导电骨架结构增强了复合电极的结构稳定性，而bcn表面的缺陷位点与化学反应活性位点可以诱导高电活性过渡金属氢氧化物的沉积，同时杂原子与双金属氧化物间独特的相互作用机制导致局部电子离域趋势增强乃至造成电子云偏移，从而进一步活化双金属氧化物的价电子，有效加速bcn―双金属界面处的电荷转移，最终在优化动力学的同时大幅提升双金属氧化物的比容量。
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1.一种利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，所述的硼碳氮自支撑电极的制备方法为：
3.根据权利要求2所述的利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，步骤1）中硼源为硼酸、四硼酸钠、硼酸钾、硼氢化钾中的一种以上，氮源为尿素、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种以上，碳源为分子量1000~2000的聚乙二醇、聚乙烯醇、淀粉中的一种以上；所述的硼源、碳源和氮源的质量比为1.2~20：30~90：15~25；溶解的温度为55~95 ℃，溶解时间为20~60 min。
4.根据权利要求2所述的利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，步骤2）中导电基底的酸处理方法为：将导电基底置于水和酸的混合溶剂中水热反应，反应结束后水洗至中性、干燥。
5.根据权利要求4所述的利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，所述的导电
6.根据权利要求2所述的利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，步骤2）中干燥处理的方法为80~120 ℃加热干燥、冷冻干燥和真空干燥中的一种；步骤3）中惰性气体是Ar或者N2，高温处理的温度为600~1000 ℃，升温速率为2~5 ℃/min，保温时间为4~6 h。
7.根据权利要求1所述的利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，步骤（1）中的双金属盐为镍盐和钴盐、锰盐和镍盐、钴盐和铁盐、镍盐和铁盐、铜盐和铁盐中的一种，金属盐为硝酸盐、醋酸盐和硫酸盐中的一种以上；双金属盐混合溶液的摩尔浓度为0.02~1.0 mol/L。
8.根据权利要求1所述的利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的电沉积的方法为恒电流沉积法、恒电位沉积法、循环伏安法中的一种；干燥温度为50~120 ℃；高温退火的条件为280~300 ℃下保温2~3 h，升温速率为1~5 ℃/mim。
9.一种权利要求1~8任一项所述的方法获得的硼碳氮双金属氧化物自支撑电极。
10.一种权利要求9所述的硼碳氮双金属氧化物自支撑电极在超级电容器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，所述的硼碳氮自支撑电极的制备方法为：
3.根据权利要求2所述的利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，步骤1）中硼源为硼酸、四硼酸钠、硼酸钾、硼氢化钾中的一种以上，氮源为尿素、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种以上，碳源为分子量1000~2000的聚乙二醇、聚乙烯醇、淀粉中的一种以上；所述的硼源、碳源和氮源的质量比为1.2~20：30~90：15~25；溶解的温度为55~95 ℃，溶解时间为20~60 min。
4.根据权利要求2所述的利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，步骤2）中导电基底的酸处理方法为：将导电基底置于水和酸的混合溶剂中水热反应，反应结束后水洗至中性、干燥。
5.根据权利要求4所述的利用硼碳氮提升超级电容器双金属氧化物自支撑电极比容量的方法，其特征在于，所述的导电基底为碳布或碳纸，混合溶剂中水和浓硝酸的体积比为3:10，水热反应温度为120~150 ℃，反应时间为12~20 h，干燥的温...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴拥中，张惠泽，史栋，邵永亮，郝霄鹏，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：
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