[发明专利]一种超级电容器电极材料三氧化二钒/碳的制备方法

说明书

一种超级电容器电极材料三氧化二钒/碳的制备方法，属于电化学储能领域，以乙酰丙酮氧钒和葡萄糖为原料，通过水热法及后续退火制备出V₂O₃/C复合材料，该材料作为超级电容器的电极，以Na₂SO₄水溶液作为电解液，组装成对称的水系超级电容器。本发明原料价格便宜，制备工艺简单；V₂O₃/C空心纳米球不仅具有宽的电压窗口‑1.1~1.3 V(vs.Ag/AgCl)，而且其比电容可达到708.6 F g^‑1；V₂O₃/C空心纳米球为电极，Na₂SO₄水溶液作为电解液，制备的对称超级电容器工作电压可达2.4 V，具有超高的能量密度96.8 W h kg^‑1及优异的循环稳定性。

技术领域

本发明属于电化学储能领域，涉及一种超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器作为一种新型储能器件，因其具有相较于电池高得多的功率密度、快速的充放电能力、极高的寿命、温度范围宽和环境友好等特点而备受关注。但是其能量密度远低于电池，极大的限制了其在各个领域的应用。因此，如何通过设计具有高效的电极材料来提高其能量密度成为现阶段迫切待解决的问题。

超级电容器的电极分为正极和负极。目前，大多数研究工作都是集中在如何制备高比电容的赝电容正极材料上，但当应用到超级电容器中时，其高比电容并不能有效的发挥出来，而且器件的电压范围窄，根据能量密度公式E = 1/2 CV²（其能量密度(E)与其比容量(C)和工作电位窗口(V)成正比），所制备的超级电容器能量密度仍然较低。其主要原因在于，目前大多数赝电容正极材料电压范围窄，其极高的比电容与低比电容的碳基负极材料难以有效匹配，导致器件能量密度较难提高。因此，开发一种可同时作为正极和负极并且可以良好匹配的电极材料可以克服这一难题。氧化钒具有较高的电压窗口和较高的比电容，是一种极具潜力的高电压超级电容器电极材料。三氧化二钒（V₂O₃）具有良好的本征导电性，有利于电子的传输和转移，进一步扩展氧化钒材料作为高电压超级电容器的可能。但是，如何制备具有较高的工作电压、高比电容的V₂O₃材料仍然具有挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种超级电容器电极材料三氧化二钒/碳的制备方法。通过同时将三氧化二钒/碳（V₂O₃/C）空心纳米球作为正负极，组装成对称的水系超级电容器，其工作电压可达2.4 V，同时具有较高的能量密度、功率密度、优异的循环稳定性和安全性等特点，为设计制备高能量密度超级电容器提供了一种有效的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种超级电容器电极材料三氧化二钒/碳的制备方法，以葡萄糖和乙酰丙酮氧钒作为原材料，通过水热法以及后续热处理制备电极材料，以Na₂SO₄水溶液作为电解液，制备对称的超级电容器。

本发明所述的一种超级电容器电极材料三氧化二钒/碳的制备方法，包括如下步骤。

（1）按40~60/ 5（g/L）的比例，将葡萄糖加入到体积比为4:1的去离子水和异丙醇的混合溶液中，搅拌至溶解。

（2）按照乙酰丙酮氧钒与葡糖糖的质量比为1:8~10的比例称取乙酰丙酮氧钒加入步骤（1）所得的葡萄糖溶液搅拌至溶解。

（3）将步骤（2）所得的溶液转移至反应釜中，置于恒温干燥箱内160~180℃下反应20~24小时。

（4）采用酒精洗涤、离心、干燥，最后在空气气氛下进行热处理，得到三氧化二钒/碳空心纳米球材料。