[发明专利]VO2

说明书

一种VO₂/Co(OH)₂纳米复合材料及其制法和超级电容器，属于超级电容器电极材料领域。该VO₂/Co(OH)₂纳米复合材料，以VO₂纳米线为基体材料，负载纳米片层状Co(OH)₂纳米颗粒。其制备方法为：按掺渗摩尔比，将VO₂纳米线和CoCl₂·6H₂O混合，加水溶解，超声，再加入0.05～5mol/L的氨水，用纯氨水滴定pH值为8～8.5，沉静反应10～30min分离，固体物质清洗干燥，得到VO₂/Co(OH)₂纳米复合材料。该方法以VO₂纳米线为前躯体，通过原位自生长的方法制备的VO₂/Co(OH)₂纳米复合材料，然后将其作为超级电容器电极材料。该电极材料能将电子快速传递于活性物质，其比电容较单一材料的比电容有一个的很大程度的提升。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料研制领域，具体涉及一种VO₂/Co(OH)₂纳米复合材料及其制法和超级电容器。

背景技术

超级电容器，又称为电化学电容器，是介于传统电容器与电池的一种高效实用的新型储能装置，具有比传统电容器更高的能量密度以及比电池更大的功率密度和更长的使用寿命。此外，超级电容器还具有充放电速率快，使用温度范围宽，经济环保的优点，因此超级电容器在便携式电子设备、混合电动车和国防科技等领域都有广泛的应用。电极材料是决定超级电容器性能的两大关键因素之一，电极材料的研究也已成为超级电容器研究的主要方面。电极材料可以分为3类：碳材料、过渡族金属氧化物和导电聚合物。碳材料(活性炭、碳纳米管、石墨烯等)以在电极与电解液界面上离子可逆吸附形成的双电层实现电荷存储；而过渡族金属氧化物(RuO₂、MnO₂、Co₃O₄等)和导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯等)主要以在电极表面或体相中发生快速的电化学氧化还原反应来存储电荷。

近年来研究表明，RuO₂系氧化物在电化学电容及导电性方面均具有优良的性能，但高昂的价格和有毒的特性严重阻碍了其实际应用。因此，许多研究者致力于寻找可替代它的低成本、高电容性能的电极材料，诸如NiO，Co₃O₄，MnO₂，Co(OH)₂等。其中，Co(OH)₂具有独特的空间纳米层状结构、良好的氧化还原反应活性且资源相对丰富而成为近年来人们研究较多的超级电容器活性材料。最近一些有关电容特性的研究表明，用传统方法制备的Co(OH)₂的比电容在200～341F·g^-1范围内，而理论值为3458F·g^-1，所以Co(OH)₂的比电容还有待进一步提高。此外，许多研究还表明，不管是双电层电容还是法拉第准电容，其电容值的高低均与材料的比表面积有密切关系，因此，制备具有较高比表面积的纳米材料成为一种改善和提高电极材料电容性能的新思路。目前在合成Co(OH)₂纳米材料的方法中，大多需要多个步骤，操作复杂，条件苛刻。因此，进一步寻找反应条件温和、易于操作、适用范围广、流程短的纳米材料制备方法显得尤为重要。Co(OH)₂纳米材料的合成中，沉淀剂碱的选择因目标材料而定，β型常用强碱(NaOH或KOH)，α型常用弱碱(如氨水或尿素热分解)，由于α-Co(OH)₂的比电容显著高于β-Co(OH)₂的比电容，近年来研究人员关注更多的是α-Co(OH)₂。