[发明专利]Co3O4@CoWO4纳米线阵列核壳结构材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种Co₃O₄@CoWO₄纳米线阵列核壳结构材料的制备方法及其应用，用于解决现有纳米线阵列核壳结构材料制备方法实用性差的技术问题。技术方案是将集流体泡沫镍上长有Co₃O₄纳米线阵列的基底置于Co(NO₃)₂·6H₂O和Na₂WO₄·2H₂O混合溶液中，在微波水热条件下反应，在泡沫镍上的生成核壳Co₃O₄@CoWO₄纳米线阵列。由于充分利用核和壳材料，提供高的比表面积和快速离子扩散途径，具有比电容大、循环稳定性好、功率密度和能量密度高以及制备工艺简单、成本低的优点。所组装电容器在峰值放电功率达到5600w/kg，储能密度仍可达到42Wh/kg，且易于进行产业化和大规模的生产。

技术领域

本发明涉及一种纳米线阵列核壳结构材料的制备方法，特别涉及一种Co₃O₄@CoWO₄纳米线阵列核壳结构材料的制备方法。还涉及这种Co₃O₄@CoWO₄纳米线阵列核壳结构材料的应用。

背景技术

超级电容器也称电化学电容器，是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能器件，具有优良的可逆充放电性能和大容量储能性能如：功率密度高、循环寿命长、充电速度快、能够瞬时大电流放电、绿色无污染，具有很广阔的应用前景。在近几年，赝电容材料的超级电容器已引起相当大的兴趣，由于其很高的能量密度和比电容(碳质材料的几倍大)，这源于多电子可逆氧化还原发拉第反应。经济适用的赝电容材料中， Co₃O₄因其高比电容(理论比容量可达3560F g^-1)、制备成本低和多重氧化态，被认为是膺电容器最有潜力的材料。

文献1“Electrochemical capacitance of Co3O4nanowire arrays supportedon nickel foam.Y.Y.Gao,S.L.Chen,D.X.Cao,G.L.Wang,J.L.Yin,Journal of PowerSources 195(2010)1757-1760.”报道了通过溶剂热法在泡沫镍基底上长Co₃O₄纳米线的方法。采用六水硝酸钴和硝酸铵为原料，在烘箱中90℃下保温2小时，清洗干净后在炉中 300℃热处理2小时制得。获得的Co₃O₄纳米线阵列在三电级测试下，电流密度为5mA cm^-2时的比电容为746F g^-1，此方法制得的Co₃O₄纳米线比容量仍有较大提升空间，另外，其恒电流充放电经过500圈后电容保持率仅为86％，可见，循环稳定性不好。原因是Co₃O₄导电性差，在循环过程中易使结构破坏，显著恶化了大电流密度时的功率容量，导致差的循环行为，极大地限制了实际应用。

文献2“Co₃O₄Nanowire@MnO₂Ultrathin Nanosheet Core/Shell Arrays:A NewClass of High-Performance Pseudocapacitive Materials,Jinping Liu,Jian Jiang，Advanced Materials.2011,23,2076–2081.”报道了采用水热合成法首先制备氧化钴纳米线材料，然后将二氧化锰复合在氧化钴上形成Co3O4@MnO₂复合材料，在三电级测试下，电流密度为2.67A g^-1时的比电容为480F g^-1，此方法制得的Co₃O₄纳米线虽然循环稳定性有了较大的提升，但其比容量小，其应用范围受到限制。