【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种碳化钛薄膜材料、制备方法及锌离子混合电容器，属于能源存储领域。
技术介绍
1、在现代能源存储技术中，高负载电极的开发是提高电容器等储能器件的能量密度、降低总体成本的关键因素。高负载电极通过显著增加活性材料的含量并减少储能器件内部的非活性组分，从而提升储能器件整体能量密度。然而，在制备厚电极以实现高负载时，面临一系列关键挑战。首先，厚电极在干燥过程中易发生断裂，这不仅影响电极的结构完整性，还可能导致与集流体之间的接触失效。随着厚度的增加，电极材料在干燥过程中产生的应力和应变显著加大，进而引发裂纹和层间分离。此外，电极中的导电剂和粘合剂在涂覆过程中常常分布不均，容易在电极表面富集。这种不均匀性会降低电极的导电性，并严重影响其长期循环稳定性。
2、近年来，自支撑电极作为一种新兴的替代方案被提出。自支撑电极无需粘结剂、导电剂和集流体，简化了制造工艺，同时提高了电极的结构完整性和能量密度。金属和碳基材料常被用作框架材料，支持活性材料形成自支撑电极，从而增强电子和离子的传输。然而，在实际应用中，确保框架材料与活性材料复合物的均匀性和一致性仍然是一个重大挑战，特别是在放大到工业规模时。因此，直接使用既能充当框架又能具有活性的材料，是极佳的选择。
3、mxenes作为一种新型的二维材料，因其优异的电导性和良好的离子导电性而备受关注。然而，当前研究主要集中在低负载（1-2 mg cm-2）下的性能提升，尚未满足高负载（超过10 mg cm-2）的实际需求。以ti3c2t xmx
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种结构新颖的碳化钛薄膜材料的制备方法；本专利技术的目的之二在于提供一种碳化钛薄膜材料；本专利技术的目的之三在于提供一种锌离子混合电容器。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
3、一种碳化钛薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：
4、s1、提供碳化钛纳米片；
5、s2、将所述碳化钛纳米片和铵盐的水溶液混合后，超声处理，再固液分离，取上层液体获得插层的碳化钛纳米胶体；
6、其中，铵盐为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵中的一种或几种；
7、s3、向所述插层的碳化钛纳米胶体中加入水溶性盐，反应后，固液分离，水洗，干燥，获得碳化钛气凝胶；
8、其中，所述水溶性盐为锌盐、钠盐、锂盐、钾盐、镁盐、铁盐、钙盐中的一种或几种；
9、s4、对所述碳化钛气凝胶进行模压成型，获得碳化钛薄膜材料。
10、由此，本专利技术通过纳米片扭曲策略，使碳化钛纳米片形成超褶皱结构，具体地，先在碳化钛纳米片的插层过程中引入离子半径较大的铵根离子，随后通过离子交换，将铵根离子替换为离子半径更小的金属离子。通过离子交换，使得碳化钛纳米片层间距发生剧烈变化，从而实现纳米片的扭曲，形成超褶皱结构，这种结构在高压条件下仍能保持结构完整性并维持层间的空隙，具有较好的机械稳定性，将所得碳化钛薄膜材料应用于构建锌离子混合电容器等储能器件的电极材料，发现电极的曲折度明显减少，从而显著提升离子传输效率，使得储能器件表现出更优异的电化学性能。
11、可选地，所述碳化钛纳米片的制备方法包括如下步骤：将ti3alc2加入氢氟酸溶液中，保持溶液温度在25-40℃，反应4-8小时后，用去离子水离心洗涤至上清液的ph值为5-6，获得碳化钛纳米片；其中，所述氢氟酸溶液的浓度为20-40wt%，进一步为25-35wt%。
12、可选地，s2中，所述水溶液中铵盐的浓度为5-25wt%，进一步为10-20wt%，更进一步为12-18wt%。
13、可选地，s2中，超声处理的时间为30-90min，进一步为45-75min，再进一步为50-70min；固液分离时，以3000-4000r/min的速率离心30-90min，进一步地，以3200-3800r/min的速率离心45-75min。
14、可选地，s3中，向所述插层的碳化钛纳米胶体中滴加水溶性盐的水溶液，搅拌5-45min（进一步为10-30min）后，用去离子水离心洗涤后，干燥，获得碳化钛气凝胶；
15、其中，所述水溶性盐的水溶液中水溶性盐的浓度为1.5-2.5mol/l，优选为1.8-2.3mol/l，水溶性盐的水溶液的添加量为碳化钛纳米胶体的体积的0.2-0.3倍，优选为0.22-0.28倍。
16、通过水洗可较好地去除多余的水溶性盐，有助于获得更纯净的碳化钛气凝胶。
17、可选地，s3中，干燥的方式为冷冻干燥，可选地，冷冻干燥时间为40-60h，更进一步为45-55h。
18、可选地，锌盐为硫酸锌、氯化锌、硝酸锌中的一种或几种。
19、可选地，钠盐为硫酸钠、氯化钠、硝酸钠、氟化钠中的一种或几种。
20、可选地，锂盐为硫酸锂、硝酸锂、氯化锂中的一种或几种。
21、可选地，钾盐为硫酸钾、硝酸钾、氯化钾、氟化钾中的一种或几种。
22、可选地，镁盐为硫酸镁、硝酸镁、氯化镁中的一种或几种。
23、可选地，铁盐为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁中的一种或几种。
24、可选地，钙盐为氯化钙、硝酸钙中的一种或几种。
25、可选地，s4中，模压成型的方式为冷压成型，成型压力为0.8-1.2mpa，进一步为0.9-1.1mpa。
26、可选地，所述碳化钛薄膜材料的厚度为2-800μm，进一步为10-600μm，更20-50μm，再进一步为30-40μm。
27、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种碳化钛薄膜材料，由如上所述的制备方法制备而成。
28、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种锌离子混合电容器，包括如上所述的制备方法制备而成的碳化钛薄膜材料。
29、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
30、（1）本专利技术通过纳米片扭曲策略制备的超褶皱碳化钛薄膜具有更低的曲折度，可提供更为直接的离子传输本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳化钛薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化钛纳米片的制备方法包括如下步骤：将Ti3AlC2加入氢氟酸溶液中，保持溶液温度在25-40℃，反应4-8小时后，用去离子水离心洗涤至上清液的pH值为5-6，获得碳化钛纳米片；其中，所述氢氟酸溶液的浓度为20-40wt%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述水溶液中铵盐的浓度为5-25wt%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中，超声处理的时间为30-90min；固液分离时，以3000-4000r/min的速率离心30-90min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，S3中，向所述插层的碳化钛纳米胶体中滴加水溶性盐的水溶液，搅拌5-45min后，用去离子水离心洗涤后，干燥，获得碳化钛气凝胶；
6.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，S3中，干燥的方式为冷冻干燥。
7.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，
8.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳化钛薄膜材料的厚度为2-800μm。
9.一种碳化钛薄膜材料，其特征在于，由如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备而成。
10.一种锌离子混合电容器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备而成的碳化钛薄膜材料。
...【技术特征摘要】
1.一种碳化钛薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化钛纳米片的制备方法包括如下步骤：将ti3alc2加入氢氟酸溶液中，保持溶液温度在25-40℃，反应4-8小时后，用去离子水离心洗涤至上清液的ph值为5-6，获得碳化钛纳米片；其中，所述氢氟酸溶液的浓度为20-40wt%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中，所述水溶液中铵盐的浓度为5-25wt%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中，超声处理的时间为30-90min；固液分离时，以3000-4000r/min的速率离心30-90min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于...
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