[发明专利]用作超级电容器电极材料的Cu2Se纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种用作超级电容器电极的硒化亚铜纳米材料及其制备方法，该纳米材料为六边形的片状纳米结构，由单个纳米片层相互交错团聚而成。该Cu₂Se纳米材料采用了一步水热的合成方法，以SeO₂为硒源，泡沫铜为铜源，一步水热合成Cu₂Se。将制备的纳米材料进行微观形貌分析，表现出结构纯度高、形貌均匀的特性。Cu₂Se纳米材料在超级电容器三电极体系测试中，具有一定的放电平台，表现出明显的法拉第赝电容特性，5mV/s的扫描速率下有989.5F/g的比电容。本发明制备的硒化亚铜纳米电极材料具有比电容高、制备方法简单、成本低、良好的赝电容特性等特点。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料，尤其涉及纳米结构的硒化物超级电容器的电极材料领域。

背景技术

超级电容器是一种新型储能器件，采用具有高比表面积的多孔碳材料作为电极，或利用电极活性物质进行欠电位沉积，使其发生快速、可逆的化学吸附/脱附或氧化/还原反应来获得法拉第数量级的电容量，它既具有电池的能量贮存特性，又具有电容器的功率特性。超级电容器比传统电解电容器的比能量高上千倍，而漏电电流小数千倍，可充放电10万次以上而不需要维护和保养，可用于以极大电流瞬间放电的工作状态，而不易产生发热着火等现象。鉴于超级电容器具有高比功率、循环寿命长、使用温度范围宽、充电时间短、绿色环保等优异特性，使得超级电容器有望成为新一代的能量存储工具。

而电极材料是决定超级电容器性能的最重要因素之一。作为超级电容器的电极材料，必须具备两大关键指标：一是具有大的电容量，通常必须具备大于300F/g的比电容；其二是要求具有良好的导电性能。目前，超级电容器电极材料主要有碳材料、导电聚合物、氧化物、硫化物等，但这些材料均各有缺点，如碳材料比电容低，导电聚合物循环稳定性差，氧化物电阻率高，硫化物也有电阻率较高的缺点，因而寻找一种高比电容、低电阻率、良好的循环稳定性的超级电容器电极材料成为人们研究与产业化的目标。

而以硒化物作为电极材料还鲜为尝试，最近人们发现Cu_xSe_y（铜基硒化物）在电容量和导电性上都具有优势，将会是一种很有潜力的超级电容器电极材料。纳米结构的硒化铜由于具有比表面积大、丰富的孔结构而能够增大其电容量等优势尤其受到科研工作者的青睐。在电极材料组成选定的情况下，其合理的结构设计能够有效的提高电极的电化学性能，比如获得较高的比表面积能够增加电极活性物质和电解液的接触面积，从而有效的提高活性物质的利用率，继而提高比电容。另外寻求低成本、方法简单化的电极材料制备方法，对于超级电容器的产业化也是十分必要的。

参考文献：

[1] H. Peng, G.F. Ma, K.J. Sun, Z.G. Zhang , J.D. Li , X.Z. Zhou ,Z.Q.Lei, Journal of Power Sources 297 (2015) 351-358.

[2] Z.H. Wang, Q. Sha, F.W. Zhang, J. Pu and W. Zhang, CrystEngComm,2013, 15, 5928–5934。

发明内容

作为一种优异性能的超级电容器电极材料的探索，本发明旨在通过合理的材料微结构设计，采用一种操作简单、低成本的制备方法实现Cu₂Se纳米的多维结构，有效的提高电极材料的比表面积和空间利用率，从而提升电极材料的比电容。

本发明提供了一种用作超级电容器电极材料的Cu₂Se纳米材料，所述Cu₂Se纳米材料为规则片状结构，单个纳米片层相互交错而形成密集团聚的片状结构，以六边形片状为单位聚集为团。本发明通过合理的材料微结构设计，且采用可行的制备方法将该纳米结构实现，多维的纳米结构增加了电极的比表面积以及电极材料和电解质的接触空间，达到有效提高电极材料的比电容的效果