[发明专利]一种空心碳纳米纤维-CoS2

说明书

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，且公开了一种空心碳纳米纤维‑CoS₂的超级电容器电极材料，包括以下配方原料及组分：聚乙烯吡咯烷酮、纳米CoS₂、偕胺肟化丙烯腈‑衣康酸多孔纳米纤维。通过高内相比乳液模板法，制备得到聚丙烯腈多孔聚合物，腈基基团再与盐酸羟胺反应，生成偕胺肟基团，偕胺肟基团将纳米CoS₂均匀吸附和分散进入偕胺肟化聚丙烯腈多孔聚合物的基体中，经过静电纺丝处理、高温预氧化和热裂解过程，得到具有独特的空心状多孔碳纳米纤维，纳米CoS₂均匀分布和附着在在碳纳米纤维中，减少了纳米CoS₂团聚的现象，丰富的孔隙结构和空心结构有利于电解液的润湿性，促进离子的传输和迁移。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，具体为一种空心碳纳米纤维 -CoS₂的超级电容器电极材料及其制法。

背景技术

超级电容器是一种新型的储能装置，介于电容器和充电电池之间，并且还兼具快速充放电和储能的特性，超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、工作温限宽、绿色环保等优点，但是超级电容器的能量密度较低，研发高比电容的电极材料是解决问题的有效途径。

目前的超级电容器电极材料主要有活性碳电极材料、导电聚合物电极材料、过渡金属氧化物电极材料、过渡金属硫化物电极材料，其中过渡金属硫化物如Co₉S₈、CoS₂、NiCo₂S₄、MoS₂等具有独特的物理和电化学性质，具有优良的赝电容效应和理论比电容，是一种理想的电极材料，在超级电容器电极材料中具有重要的研究和应用，但是过渡金属硫化物如CoS₂的本征电导率不高，实际比电容较低，并且纳米CoS₂在电极材料中容易团聚，比表面积和电化学活性位点会大大降低，限制了CoS₂在超级电容器电极材料中的应用。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高效的空心碳纳米纤维-CoS₂的超级电容器电极材料及其制法，解决了CoS₂电极材料的导电性能较差，纳米 CoS₂容易团聚的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种空心碳纳米纤维-CoS₂的超级电容器电极材料，其特征在于：包括以下原料及组分，聚乙烯吡咯烷酮、纳米CoS₂、偕胺肟化丙烯腈-衣康酸多孔纳米纤维、质量比为100:30-60:8-12。

优选的，所述空心碳纳米纤维-CoS₂的超级电容器电极材料制备方法包括以下步骤：

(1)向反应瓶中加入蒸馏水加入和硫代硫酸钠，搅拌溶解后缓慢滴加氯化钴的水溶液，控制硫代硫酸钠和氯化钴的物质的量比为1-1.2:1，搅拌均匀后将溶液倒入水热反应釜，并置于水热反应装置中，加热至170-200℃，反应10-15h，将溶液过滤、洗涤并干燥，制备得到纳米CoS₂。

(2)向反应瓶中加入致孔剂环己烷、乳化剂司盘80、丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸和引发剂偶氮二异丁腈，搅拌均匀后缓慢滴加氯化钙的水溶液，加热至60-80℃，搅拌反应5-10h，将溶液减压蒸馏并真空干燥，制备得到聚丙烯腈多孔聚合物。

(3)向反应瓶中加入甲醇溶剂、聚丙烯腈多孔聚合物和盐酸羟胺，搅拌均匀后静置溶胀12-24h，加入氢氧化钠调节溶液pH至8-9，加热至65-80℃，反应10-20h，进行减压蒸馏、蒸馏水洗涤和乙醇提取过程，制备得到偕胺肟化聚丙烯腈多孔聚合物。