[发明专利]一种超级电容器用褐煤基多孔碳/CoNi2

说明书

本发明公开了一种超级电容器用褐煤基多孔碳/CoNi₂S₄复合电极及其制备方法和应用，属于超级电容器正极技术领域。其制备方法为：通过碱溶液浸渍萃取褐煤得到提取物，活化后得到褐煤基多孔碳，酸洗后在水中与钴源和镍源进行水热反应得到前驱体，将前驱体和硫源在水溶液中进行二次水热合成得到褐煤基多孔碳/CoNi₂S₄复合材料，制备得到不同的褐煤基多孔碳/CoNi₂S₄复合材料；然后将褐煤基多孔碳/CoNi₂S₄复合材料、聚四氟乙烯水溶液、乙炔黑和去离子水混合均匀后涂板、干燥得到褐煤基多孔碳/CoNi₂S₄复合电极。本发明得到的电极材料具有很高的比电容量、稳定的循环性能，在储能电极领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于超级电容器正极材料技术领域，特别涉及一种超级电容器用褐煤基多孔碳/CoNi₂S₄复合电极及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，能源结构问题日益凸显。我国的能源结构最大的特点就是煤炭占比很高，约为60%。将传统能源进行清洁利用也就成为了现在研究的重点方向。超级电容器具有充放电速度快、功率密度大、比容量高、使用寿命长对环境友好等优点。CoNi₂S₄电极材料具有制造成本低、理论电容高等优点。但是CoNi₂S₄的快速氧化还原过程中通常伴随着巨大的体积变化和机械变形，最终导致电容量快速衰退。现有两种途径解决这个问题，一是构建CoNi₂S₄纳米结构，如CoNi₂S₄纳米球、CoNi₂S₄纳米片等纳米结构，这些不同结构的CoNi₂S₄纳米材料都具有优异的赝电容性能。另一种方法就是制备炭/CoNi₂S₄复合材料，前者更容易发生团聚和机械形变，且制备过程繁琐、不易大规模生产。所以制备炭/CoNi₂S₄基材料是更具有实用价值和前景的一种方法。

褐煤基多孔碳是使用煤炭作为原材料，通过不同的活化方法制备得到的活性炭材料。褐煤基多孔碳制备过程简单，成本低廉，可以大规模工业化生产。褐煤基多孔碳具有极高的比表面积的优异的导电性，主要作固体吸附物使用，广泛应用于化工、医药、环境等各个行业。一些活性炭的衍生材料更是被广泛应用到航天、电子、通讯、能源、生物工程等方向。由于褐煤基多孔碳具有非常优秀的循环稳定性，而且结构保持性好，因此制备褐煤基多孔碳/CoNi₂S₄复合材料可以有效改善CoNi₂S₄材料在充放电过程中发生的因团聚和机械形变造成的循环性能较差的问题。

在褐煤基多孔碳制备方法，大多使用物理活化制备活性炭，而使用碱溶液浸渍褐煤，活化褐煤提取物制备褐煤基多孔碳，并将该种活性炭应用于超级电容器电极材料的制备鲜有报道。在制备过程中先将钴镍氢氧化物分散在煤基多孔炭表面，得到前驱体，然后再加入硫源，所制备的褐煤基多孔碳/CoNi₂S₄复合材料的结构更加稳定，可以有效抑制CoNi₂S₄发生体积变化。使用该种方式制备褐煤基多孔碳，并制备褐煤基多孔碳/CoNi₂S₄复合电极材料在目前还未有公开报道。

发明内容

本发明提供一种超级电容器用褐煤基多孔碳/CoNi₂S₄复合电极及其制备方法和应用，以解决现有技术中超级电容器电极比容量较低和现有CoNi₂S₄活性物质易发生团聚及导电性不佳的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：