[发明专利]一种钾离子混合电容器的电极材料及其制备方法

说明书

一种钾离子混合电容器的电极材料，包括碳包覆的FeS₂。本发明的碳包覆的FeS₂复合材料(C/FeS₂/C)与金属氧化物、氢氧化物相比具有更高的电容和丰富的氧化还原反应活性位点。并且本发明的电极材料其毒性低，比电容大，是安全有效的钾离子混合电容器电极材料。

技术领域

本发明涉及一种电极材料，尤其涉及一种钾离子混合电容器的电极材料及其制备方法。

背景技术

钾离子混合电容器拥有容量大、充放电速度快以及寿命长等优点，因此可以作为高效的小型储能元件。根据储能机理不同，钾离子混合电容器可以分为双电层电容器与赝电容电容器。赝电容器又称法拉第准电容器，因其高功率密度、高放电、长循环寿命和高安全性等性能受到广泛关注。与通过阴阳离子在电解液和电极表面进行交替沉积储存能量的双电层电容器不同，赝电容器是通过在电极表面进行的一系列快速氧化还原反应来存储和释放电量。当对赝电容器施加电压时，电极材料表面发生可逆的氧化还原反应，电容器单元产生电荷和感应电流，电荷存储到电极中提高电容器的充电电压；相应地，当其外接负载放电时，储存在电极中的电荷通过外接回路释放，形成电流，进入活性材料中的离子由于失去电场的作用回到电解液中。正因为工作原理的不同，同样的赝电容器电容量往往比双电层电容器高几十甚至上百倍。然而，目前赝电容器的发展应用却并不理想，这主要是因为绝大多数赝电容器的电极活性材料，如过渡金属氧化物等，属于半导体或绝缘体，限制了电子/离子的传输，使电极性能随电子/离子的传输距离增加而急剧下降，从而失去实用价值。

双电层电容器与赝电容电容器的电极材料前者主要为碳材料，后者主要为金属氧化物、氢氧化物等过渡金属化合物。然而氧化物与氢氧化物的导电性差因而限制了它在钾离子混合电容器中的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种大的理论比电容、制备成本低等优点的钾离子混合电容器的电极材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种钾离子混合电容器的电极材料，包括碳包覆的FeS₂。

一种钾离子混合电容器的电极材料的制备方法，包括以下步骤，

1)棒状Fe-MOF的合成；

①将FeCl₃与富马酸溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌形成黄色透明的溶液；

②向步骤①的溶液中滴加氢氧化钠搅拌均匀；

③将步骤②的溶液转移到高压釜内，在80-120℃的温度下反应12-36小时；

④将步骤③的产物清洗干净后，真空干燥，得到棒状Fe-MOF；

2)有机物的包覆；

I将1份步骤1)制备的棒状Fe-MOF溶解于5-10份去离子水中，然后依次加入2-4份十六烷基三甲基溴化铵、0.2-1份间苯二酚、2-5份乙醇以及0.05-0.2份氨水溶液，室温下充分搅拌均匀，份数均匀重量份；

II在持续的搅拌条件下向步骤I的溶液中滴加4-6倍氨水体积的福尔马林溶液；在搅拌5-7小时后于室温下老化10小时以上得到有机物保护的Fe-MOF材料；

3)硫化；

将1重量份有机物包覆的Fe-MOF与10重量份的硫粉分别放置在两个容器中，在氩气气氛下以1-2℃ min^-1的速率升到500℃以上，维持2-5h后自然冷却到室温，得到碳包覆的FeS₂复合材料(C/FeS₂/C)。

上述的钾离子混合电容器的电极材料的制备方法，优选的，所述步骤1)中FeCl₃为FeCl₃·6H₂O。