[发明专利]一种PEDOT@Na3(VOPO4)2F复合材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了PEDOT@Na₃(VOPO₄)₂F复合材料、其制备方法及其应用，该复合材料通过加入钠源、钒源、氟源和磷酸盐进行混合，进行水热处锂、煅烧处理得到纯相Na₃(VOPO₄)₂F后，再原位聚合包覆聚乙烯二氧噻吩（PEDOT）即可得到，方法简单高效，容易扩大规模生产。利用该PEDOT@Na₃(VOPO₄)₂F复合材料为正极制成的“摇椅”式钠离子电容器，工作电压高、循环寿命长，比能量远高于一般的电化学电容器，可达158 Wh kg⁻¹以上，比功率密度高达7000 W kg⁻¹，具有很高的实用价值。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备和能源领域，具体是一种PEDOT@Na₃(VOPO₄)₂F复合材料的制备方法及以该材料为正极的“摇椅”式钠离子电容器。

背景技术

随着包括智能电网在内的大规模储能的快速发展及其对高功率密度、高能量密度储能器件的需求，结合了双电层电容器以及锂离子电池二者优点的锂离子电容器受到人们的广泛关注。但锂资源与石油类似，是一种稀缺资源，在地壳中的储量有限，且在全球的分布不均匀，很大程度上限制了其在大规模储能中的应用。相比之下，与锂同一主族的钠，资源丰富，价格低廉，且具有相似的物理、化学性质，钠离子电容器是非常具有发展潜力的储能体系，逐渐成为电化学储能领域的研究热点。与锂离子电容器类似，钠离子电容器通常采用电池型负极材料以及双电层型正极材料，使得钠离子电容器同时拥有钠离子电池和双电层电容器的双重优势，具有比钠离子电池更高的功率密度，同时又有比双电层电容器更高的能量密度。因此钠离子电容器有望用在电动汽车、电气设备和航空航天设施等高能量、大功率型的大规模储能领域。

V₂O₅以及Na₂Ti₃O₇等层状材料已经应用于钠离子电容器负极材料。中国科学院长春应用化学研究所王宏宇等报道的Na₂Ti₃O₇//AC钠离子电容器，能量密度可达34Wh kg^-1(基于正负极活性物质质量)。这种常规的钠离子电容器在充电时钠离子嵌入到电池型负极，同时阴离子会吸附到正极。也就是说常规钠离子电容器的储能机制是基于电解质消耗机理，即在充电过程中电解质阴阳离子分离，因而造成电容器内阻增大。为解决此问题，需要使用大量的电解液。这就降低了钠离子电容器整体器件的比能量密度。