[发明专利]一种具有高功率密度和高能量密度的新型电池型超级电容电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电容器零部件领域，涉及一种电容器电极材料，特别涉及一种同时具有高功率密度和高能量密度的电池型超级电容电极材料。 

背景技术

超级电容器又称电化学电容器，是一种介于传统电容器与电池之间、具有高能量密度的储能设备。超级电容器主要依靠电极材料表面的电化学反应和双电层储存电荷，具有充放电迅速、使用寿命长、稳定性好、工作温度宽、电路简单、安全可靠、绿色环保等优点。目前已经获得广泛的商业应用，包括个人电子消费品、电动车辆、柔性电子显示以及航空航天等。但是，当前超级电容器也存在电荷存储量低、功率密度低的不足。与此相反，电池(如锂离子电池)则具有较高的电荷存储量和能量密度，但电池却存在功率密度低的不足，需要很长的时间进行充放电，以及存在一定的安全隐患。 

由此可见，有必要开发一种同时具有高能量密度和高功率密度的新型超级电容器，从根本上解决传统储能设备用途单一的缺点。无论电池还是超级电容器，提高其能量密度和功率密度的关键在于选择合适的电极材料；电极材料的成份和微观纳米结构是影响能量转换和存储的决定性因素。 

当前，超级电容器的电极材料主要采用金属氧化物和导电聚合物等具有电化学活性的材料。此外，部分金属氢氧化物、金属硫化物和混合金属氧化物也被用作超级电容器的电极材料，这些材料虽然都体现出较高的比电容(即电荷存储量)和能量密度，但它们的功率密度却差强人意，且在高充放电倍率下的能量密度较低。 

鉴于现有技术并未公开任何一种同时具备高功率密度和高能量密度的电容器电极材料，因此，开发一种全新理念的电池型超级电容材料，使得超级电容器成为既具备高能量密度又具有高功率密度的综合型环保储能设备，从根本上解决传统储能设备用途单一的缺点，对现有商业储能设备进行革新。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有高功率密度和高能量密度的新型电池型超级 电容电极材料。 

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案： 

一种具有高功率密度和高能量密度的新型电池型超级电容电极材料，所述电极材料由Bi₂S₃/CNT薄膜和rGO薄膜复合制得。 

作为本发明新型电池型超级电容电极材料的优选，所述电极材料由多层Bi₂S₃/CNT薄膜和rGO薄膜复合制得，其中Bi₂S₃/CNT薄膜层数和rGO薄膜层数相同且彼此交替堆叠设置。 

作为本发明新型电池型超级电容电极材料的另一种优选，所述Bi₂S₃/CNT薄膜和rGO薄膜层数为2-10层。 

作为本发明新型电池型超级电容电极材料的进一步优选，各Bi₂S₃/CNT薄膜层厚度为50-200nm，各rGO薄膜厚度为50-200nm。 

本发明还提供一种制备该超级电容电极材料的方法，具体包括以下步骤： 

1)涂布Bi₂S₃/CNT材料并干燥； 

2)在氧化石墨烯溶液中，电化学沉积使氧化石墨烯吸附在步骤1)的Bi₂S₃/CNT上； 

3)在KCl溶液中利用循环伏安法将步骤2)吸附在Bi₂S₃/CNT上的氧化石墨烯还原为rGO，然后取出干燥； 

4)多次重复步骤1-3制得超级电容电极材料。 

作为本发明制备新型电池型超级电容电极材料方法的优选，涂布Bi₂S₃/CNT之前还包括制备Bi₂S₃/CNT步骤，具体制备方法为：首先取Bi(NO₃)₃·5H₂O、硫代乙酰胺和CNT，然后将所取原材料溶于水中，最后将溶液置于160-200℃反应5-8h制得Bi₂S₃/CNT纳米复合物。