[发明专利]一种用于超级电容器电极的CoTe纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，尤其涉及用作超级电容器电极的纳米材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型储能器件，它采用具有高比表面积的多孔碳材料作为电极或利用电极活性物质进行欠电位沉积，使其发生快速、可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应来获得法拉第数量级的电容量，因此它既具有电池的能量贮存特性，又具有电容器的功率特性，它比传统电解电容器的比能量高上千倍，而漏电电流小数千倍，可充放电10 万次以上而不需要维护和保养，可用于极大电流瞬间放电的工作状态、而不易产生发热着火等现象。鉴于超级电容器具有高比功率、循环寿命长、使用温度范围宽、充电时间短、绿色环保等优异特性，目前在很多领域都受到广泛关注，它既可以应用于消费类电子产品领域，又可以应用于太阳能能源发电系统、智能电网系统、新能源汽车、工业节能系统、脉冲电源系统等众多领域。

而电极材料是决定超级电容器性能的最重要因素之一，从国、内外的超级电容器产品来看，其电极材料主要采用传统碳系材料，产品的能量密度低。自从加拿大Conway 为首的课题组进行以氧化钌等过渡金属氧化物电极材料的研究，发现有着多种价态的过渡金属氧化物、由于具备赝电容性质、能同时提供较高的能量密度、其电容量是传统碳系材料的双电层电容的10～100 倍、且此类电极材料具有高度的充放电可逆性，是前景非常光明的超级电容器电极材料。在过渡金属氧化物中，RuO2有着很高的比电容，但是它很高的成本、很低的储量及会带来严重的环境污染限制了它的实际应用。其他过渡金属氧化物比如MnO₂，NiO和Co₃O₄，也被广泛研究，这些电极材料比起RuO₂来说，在能量密度相对低，其中MnO₂有丰富的储量、较低的成本、环境友好、具有高理论比电容值，可由于其导电性很差导致其实际比电容较低。

基于以上，为了得到各方面具有更好特性的超级电容器电极材料，开发新的电极材料可以考虑两种途径，一是寻找新材料；二是对已有材料进行复合，通过材料间的协同作用克服单组分的缺点，以期得到理想的电极材料。其中新材料除了本身可以作为超级电容器电极材料，其和传统材料的复合可以带来更多可能的选择。不断开发新而有用的材料是解决能源问题的重大突破口。

发明内容

本发明旨在目前超级电容器电极材料的基础上，研究开发出一种可应用于超级电容器电极的新材料。在我们的研究中知道，CoTe被发现有不少价态，诸如Co₂Te₃、CoTe₂，价态变化的可能性会使氧化还原反应带来高比容量成为可能；而且CoTe作为半导体，拥有比较好的导电性。另一方面，在我们的研究中发现， CoTe在不同的条件下可制备出了不同微观形态，比如带状、片状、球状等；而超级电容器的电极材料的形貌对超级电容器有着很重要的影响，其形貌的可变化，为我们研究中，通过制备方法设计和工艺参数控制，找到其适合超级电容器的电极材料的微观形貌提供了可能。

因此，本发明旨在提供一种应用于超级电容器电极材料的新材料CoTe及其制备方法，通过制备方法设计和工艺参数控制，达到具有预期微观形貌和电学性能的CoTe新材料，以使其应用于超级电容器电极材料并具有超级电容器要求的优良特性。

本发明提供了一种用于超级电容器电极的CoTe纳米材料，通过制备方法的设计和工艺参数的控制，得到预期的CoTe纳米材料，其微观形貌表现为颗粒堆积结构，颗粒堆积形状不规则，单个小颗粒直径约为100nm。超级电容器的储能主要基于电解质在活性电极材料表面进行法拉第反应而获得，因而活性电极材料的比表面积直接影响储能的容量大小，纳米材料由于丰富的纳米形态而形成的丰富的表面纳米结构，往往能够产生非常大的比表面；且纳米材料一方面具有高的比表面积，另一方面还可以改善电子、离子传输扩散路径，从而提高电极性能。本发明通过合理的制备方法和各工艺参数控制和搭配，比如反应时间、KOH的浓度都会影响形成的CoTe材料的微观形貌，通过这些工艺参数的控制和合理搭配，使其形成纳米结构，且纳米颗粒状材料的独立结构多，能带来更大的接触面积和更高的反应活性，从而提高其电化学性能。

本发明还提供了一种用于超级电容器电极的CoTe纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

1）称量Te粉和CoCl₂，溶解在KOH溶液中；加入水合肼，在室温下搅拌反应1～4小时；其中KOH溶液浓度为2～8M；