[发明专利]一种硒化物@碳基纤维超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种硒化物@碳基纤维超级电容器电极材料，该电极材料为核壳结构的复合纳米材料，以碳基纤维为核、硒化物为壳、在碳基纤维的表面生长硒化物。还公开了一种硒化钴@碳纳米管纤维复合纳米材料极其制备方法。该硒化钴@碳纳米管纤维复合纳米材料通过水热法，在碳纳米管纤维的表面生长硒化钴材料，从而形成硒化钴@碳纳米管复合纤维。合成的硒化钴@碳纳米管纤维超级电容器电极材料在三电极体系下测试，表现出359 F g^‑1的高比容量及良好的循环稳定性能。本发明制备方法简单、成本低；制得的硒化钴@碳纳米管纤维超级电容器电极材料具有比表面积大、比电容高、循环性能好的优点。另外因其高电导性、强度及柔性可编织的特性，在可穿戴电子设备上具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及超级电容器的领域，特别涉及一种纤维超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

随着全球工业化进程的加快，能源短缺及衰竭的问题日益突出，严重影响了长期社会发展的稳定性。特别是进入二十一世纪后，石油、天然气，煤炭等不可再生能源不断消耗，经济发展与能源供应矛盾越发尖锐，另外由于化石燃料燃烧引起的温室效应等环境问题也越来越严重，为了改善生态环境，实现社会的可持续性发展，人类社会的能源供给结构的重心将逐渐转向清洁环保的可再生新能源形式。它们虽然能够缓解能源危机和环境污染等问题，但是其本身也存在利用效率低，供能连续性差以及技术不完善等限制。基于以上的不足，新型能量存储技术便应运而生，其可以很好地解决供能连续性差的缺点。而其中，超级电容器以其高能率密度、使用温度范围广，寿命长、对环境友善等优点而备受关注，在太阳能充电器、微机的备用电源、飞机的点火装置等航空航天和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景，已成为世界各国的研究热点。

超级电容器是一种电化学电容器，可以根据电荷存储机理分为两类：一类电化学双电层电容器，该类电容器的电极材料主要是碳材料，包括活性炭、碳纳米管、石墨烯等；另一类是法拉第赝电容器，该类电容器的电极材料主要是过渡金属硫族化合物，包括氧化钴、氧化镍、氧化锰等氧化物，硫化钴、硫化镍、硫化锰等硫化物，硒化钴、硒化镍、硒化锰等硒化物。为了提高器件的性能，人们通常将双电层电极材料和赝电容材料进行复合。

随着技术的进步，柔性和可穿戴电子产品日益受到关注。基于碳材料的纳米纤维一般包括碳纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维等三种，这些碳基纤维材料具有可编织的特性，可用于便携式可穿戴的超级电容器，但碳基纤维材料通常比电容值较低，制作的超级电容器能量密度过低，限制了它的潜在应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟将过渡金属硒化物及碳基纤维进行复合，以形成复合纳米纤维材料，改善碳基纤维作为电极材料的比电容低、能量密度低的问题。基于此发明目的，本发明采用的技术方案如下。

本发明提供了一种硒化物@碳基纤维超级电容器电极材料，该电极材料以碳基纤维为核，硒化物为壳，形成硒化物及碳基纤维的核壳结构的复合纳米材料。在碳基纤维的表面，原位生长硒化物材料，形成具有核壳结构的硒化物@碳基纤维复合材料。由于壳层硒化物具备很高的电容值，有效地提升了复合电极材料的比电容。

更进一步，碳基纤维材料为碳纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维中的一种。

更进一步，硒化物为硒化钴、硒化镍、硒化锰、硒化铁、硒化钒、硒化锡、硒化铌、硒化钛、硒化铜中的任一种。

更进一步，所述硒化物@碳基纤维超级电容器电极材料为硒化钴@碳纳米管纤维复合纳米材料。

本发明还提供了一种应用于超级电容器电极材料的硒化钴@碳纳米管纤维复合纳米材料，该复合纳米材料由硒化钴构成壳层，碳纳米管纤维为核层，硒化钴均匀生长在碳纳米管纤维表面，且硒化钴为纳米形态，由纳米片纵横交错、相互连接而形成三维立体网络结构，纳米片宽度为100~900nm，厚度为5~15nm。