[发明专利]一种超级电容器电极用CoTe纳米线的制备方法

说明书

本发明涉及一种超级电容器电极用CoTe纳米线的制备方法。采用热溶剂法，以六水合硝酸钴、亚碲酸钠为主要原料，乙二醇为溶剂，制备直径为20nm～40nm，长度为1μm～1.5μm的CoTe纳米线电极材料。电极在1A/g电流密度下比电容最高达643.6F/g，在20A/g大电流密度下仍能保持90.2％的比电容，倍率性能优异，可结合传统软包超级电容器制作方法制成高性能超级电容器，在高电流密度下进行快速充电与放点。制成的电容器还可组成超级电容器组，用于大功率输出如起重机、汽车发动机启停等场合。得益于纳米线机械强度高的优点，碲化钴纳米线赝电容型超级电容器电极在柔性可穿戴储能设备领域也有着一定得到应用前景。

技术领域

本发明属于一种以微观形貌为特征的超级电容器电极材料制备方法，特别涉及一种超级电容器电极用CoTe纳米线的制备方法。

背景技术

随着化石能源的逐渐消耗，为了解决传统能源和可再生能源的利用问题，对高性能储能装置的需求也在增加。储能设备可分为能量型和功率型。超级电容器作为一种功率型储能设备，以其功率密度大、循环寿命长等优点引起人们的广泛关注，并且在近些年得到了飞速发展。它填补了传统静电容器(高比功率、低比能量)和化学电池(高比能量、低比功率)之间的空白，在短时大功率输出场合如新能源汽车大功率电机启动等场合有着广泛的应用。

电极材料作为超级电容器的核心组成部分之一，其性能直接决定了器件的整体性能。电极材料主要分为双电层材料和赝电容材料。用作双电层超级电容器的材料主要是碳基材料，包括活性炭、纳米级炭、石墨烯等。碳材料的成本比较低，稳定性高，电导率比较高，高性能碳材料仍然是科学研究与商业应用的热点之一。对于常规碳材料来说，充电时电解液离子的吸附只发生在电极表面，而内部材料往往没有被充分利用，再加上这种物理吸附本身的限制，所以这类电极材料的比电容较低，通常在200F/g左右。Joseoh等^[001]使用具有不同孔径的3D介孔二氧化硅作为模板，过期的碳酸饮料作为碳源合成了具有高表面积和可调孔径和功能化表面的高度有序的中孔碳材料，该材料具有高表面积(1400～1810m²g^-1)，大孔体积(1.45～2.81cm³g^-1)和可调孔径(3.5～5.2nm)等优异性质，碳酸饮料中的葡萄糖和果糖以及碳酸酯基团有助于增加产物的中控和微孔的孔隙率，调整模板的孔径或碳酸化前体的量可以控制产物的表面参数，制成的电极在1A/g电流密度下比电容最高为284F/g。

相比于双电层材料，赝电容材料的储能方式有着很大的不同，主要是通过在外加电压作用下，电解液中的离子在材料表面吸附/脱附或嵌入/脱嵌到材料晶格中，与材料发生快速的氧化还原反应，引起材料的价态转变，通过电荷转移来进行能量储存，这也是它最主要的储能方式。通常来说，赝电容材料的储能密度要高于双电层材料，因此它也有着更大的发展潜力。常用的赝电容材料主要包括过渡金属氧化物/氢氧化物、导电聚合物等。Jeyalakshmi等^[002]将V₂O₅溶胶均匀地涂覆在ITO导电玻璃上，制成V₂O₅薄膜，并以其为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，1mol/L LiClO₄/碳酸丙烯酯(PC)溶液为电解液，制成三电极系统测试了性能，发现300℃下高温煅烧的V2O5薄膜首次充放电时比电容为346F/g。Navale等^[003]利用电沉积技术制备聚苯胺(PANI)、氧化镍(NiO)精细纳米片型网络复合薄膜电极材料，在1M Na₂SO₄电解液中以5mV/s的扫描速率测量的比电容比纯相PANI和NiO电极(601F/g和263.5F/g)明显更高(936.36F/g)。但寻常的赝电容材料电阻较高，损耗较大，往往不能发挥全部性能。