[发明专利]一种适用于碳布基柔性超级电容器电极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种适用于碳布基柔性超级电容器电极材料的制备方法，将商业碳布清洗干净后放入硝酸镍、硝酸钴和尿素的混合水溶液中于反应釜中进行水热反应，再经清洗烘干处理后于空气氛围下煅烧，得到长有钴酸镍纳米针阵列的碳布，再置于四硫代钨酸铵的二甲基甲酰胺溶液中于反应釜中进行第二步水热反应，经清洗烘干处理后置于氮气氛围下煅烧，成功制得钴酸镍和二硫化钨核壳纳米线负载的柔性电极材料。本发明制作工艺简单，负载在柔性碳布基底上可以不需要粘结剂和导电剂直接用作电极，双电层和赝电容复合极大的提高了电容性能，拥有较高的比电容，在未来的储能领域拥有较好的发展前景。

技术领域

本发明属于电学领域，涉及一种柔性电极材料，具体来说是一种适用于碳布基柔性超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器，介于二次电池和传统静电电容器的新型储能器件，由于具有高功率密度，短的充放电时间和长的使用寿命，从而被认为具有成为下一代能量存储与转换器件的巨大潜力。近年来，超级电容器的研究方向不仅仅是开发出新的电极材料，也包括了超级电容器器件的组装与性能优化。随着柔性电子科学及电子产品小型化技术的快速发展，可穿戴、可折叠、柔性、便携式电子设备越来越受青睐，开发能为之提供能量的轻、薄、柔性的高性能储能器件成为当前学术界和产业界的研究热点，而柔性超级电容器则是其中最具发展潜力的方向之一。许多小型可穿戴智能设备以及各种微型生物植入器件，均要求功能设备在各种形变情况下均可稳定使用，而传统的硬质储能器件一般不能满足这些条件，极大限制了这些微型器件的使用效率和发展。因此在柔性电子产品、可穿戴、微型生物器件等领域，亟需开发与之相匹配的柔性储能器件。将活性材料负载或原位生长在多孔化的柔性基底上能消除传统压片工艺和添加粘结剂对器件电容性能和稳定性的负面影响。因此，柔性并且轻便的储能装置将有很大的市场需求，作为现在深受关注的储能器件之一的柔性超级电容器将会有很大的发展潜力。

三元金属氧化物钴酸镍(NiCo₂O₄)因其高的电化学活性、好的导电率以及环境友好等特点而被认为是非常有前景的超级电容器电极材料。然而,在实际的电极反应中，由于NiCo₂O₄电极材料的利用率低、孔结构不均匀以及结构不稳定等因素大大降低了NiCo₂O₄的应用。过渡金属硫化物纳米材料WS₂，具有类石墨烯的二维层状结构、大的比表面积和良好的导电性能。将两种材料复合成核壳结构用来增加其比表面积和反应动力学性质，在保持结构稳定性的同时还能有效提高电极材料利用率和电荷存储能力。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种适用于碳布基柔性超级电容器电极材料的制备方法，所述的这种适用于碳布基柔性超级电容器电极材料的制备方法要解决现有技术中的柔性超级电容器比容量不高、电化学性能不强的技术问题。

本发明提供了一种适用于碳布基柔性超级电容器电极材料的制备方法，通过水热法在柔性碳布上生长钴酸镍/二硫化钨核-壳结构纳米线，得到碳布负载钴酸镍/二硫化钨-核壳结构纳米线复合材料，即适用于碳布基柔性超级电容器电极材料。

进一步的，上述的一种适用于碳布基柔性超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将商业碳布剪成块，依次用0.1 ~ 2 mol/L H₂SO₄、双蒸水和乙醇超声清洗干净；

2)称取硝酸镍、硝酸钴和尿素溶解在双蒸水中，硝酸镍、硝酸钴和尿素的质量比为1:1:1~1:2:10，搅拌10~60分钟；

3)将上述溶液转移入反应釜中，将步骤1）清洗干净的碳布放入，水热100~180℃反应4-20小时，碳布取出后依次用双蒸水和乙醇清洗干净，在300~500℃空气气氛以1-10℃/min升温速率退火1-6小时；