[发明专利]一种纳米棒列阵复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，尤其是赝电容材料、活性电极材料及制备方法和在超级电容器或其它储能设备的应用。

背景技术

在21世纪，能源是人类社会得以发展的重要基础，也是进行国民建设、全面建设和全民进入小康社会的重要条件。随着人类社会的不断进步与飞速发展，人类对石油资源和化石能源需求越来越大，然而随之带来的化石燃料等不可再生能源的消耗和日益严重的环境污染等问题不容忽视，成为人类亟需的解决的难题。因此，寻找一种高效、清洁和可再生的能源以及开发一种能量储存和转换的新型器件无疑成为当务之急。超级电容器(Supercapacitors)，别名电化学电容器(Electrochemical Capacitors)，是一种介于电池和传统电容器之间的新型储能元件，因其兼备高于电池的功率密度和高于传统静电电容器的能量密度的优点，同时还具有长的充放电寿命、宽的工作温度范围以及对环境友好等特点，被认为是本世纪最具潜力的新型绿色能源之一。超级电容器是介于传统电容器和电池之间的能量储存与转换器件。从整体结构组成来说，超级电容器主要由电极、集流体、电解质、隔膜、引线和封装材料构成。超级电容器根据储能机理的不同可分为双电层电容器(EDLC)和法拉第准电容器。双电层电容器的能量储存与转换是基于双电层理论，是利用电极/电解液界面电荷分离形成双电层来实现能量存储的一种新型储能器件。在双电层电容器发展的基础之上，又开拓了法拉第准电容器。最早的法拉第准电容器概念是由Conway提出的，也称赝电容器。法拉第准电容器是指电活性物质在电极表面或体相中的二维或准二维空间上欠电位沉积而发生的高度可逆的电化学氧化还原反应或化学吸脱附反应实现的能量存储与转化，也可以是电荷或离子的掺杂与去掺杂反应。法拉第准电容器的充放电过程是一个发生快速可逆的法拉第反应过程。

开发高比电容、高导电性、高循环稳定性的电极材料以提高电容器的整体性能具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一个具有高比电容、高导电性、高循环稳定性的应用于超级电容器的赝电容材料，可通过两种材料的协同效应提高电极的电化学性能；通过赝电容材料与双电层材料的结合，组装成非对称电容器提高电压窗口，从而达到提高电容器性能的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种CoMoO₄/Co₉S₈纳米棒列阵复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将泡沫镍清洗后浸没于Co²⁺、尿素的均匀混合溶液中，于反应釜中，在50-200℃下水热反应2-30小时，得到前驱体产物，清洗、干燥；其中，所述混合溶液的Co²⁺、尿素的摩尔比为1-20:1-30；

第二步，将附着前驱体的泡沫镍置于S^2-和的混合溶液中，然后于50-200℃下水热反应2-30小时，清洗，干燥，即可得到CoMoO₄/Co₉S₈纳米棒列阵复合材料；其中，所述混合溶液中的S^2-和的摩尔比为1-20:1-30。

优选的，第一步中，所述混合溶液是将可溶性钴盐和尿素溶于水中得到，所述可溶性钴盐是钴的硝酸盐、氯化盐、醋酸盐中的至少一种。

优选的，第二步中，所述混合溶液是将可溶性钼酸盐和硫化物溶于水中得到。

优选的，第一步中，所述混合溶液中Co²⁺的浓度为0.01-1mol/L。

优选的，第二步中，所述混合溶液中的浓度为0.01-1mol/L。

优选的，第一步中，所述混合溶液中的Co²⁺、尿素的摩尔比为1-10:1-15。

优选的，制备所述CoMoO₄/Co₉S₈纳米棒列阵时，所述混合溶液中的S^2-和的摩尔比为1-10:1-10。

一种由上述方法制备得到的CoMoO₄/Co₉S₈纳米棒列阵复合材料，是以泡沫镍为基底，直接生在其网状骨架表面形成CoMoO₄和Co₉S₈同时存在的CoMoO₄/Co₉S₈纳米棒列阵结构。