[发明专利]一种基于碳布/镓氧氮化物的工作电极和超级电容器

权利要求书

1.一种工作电极，其特征在于，由碳布/镓氧氮化物制得；

所述碳布/镓氧氮化物为，镓氧氮化物纳米粒子负载于碳布纤维之上；镓氧氮化物纳米粒子的尺寸为10-70nm。

2.如权利要求1所述的工作电极，其特征在于，镓氧氮化物纳米粒子的尺寸为10-25nm。

3.如权利要求1或2所述的工作电极的用途，用于组装对称式水系超级电容器。

4.一种超级电容器，由权利要求1-3任一项所述的工作电极、隔膜、电解液和外封装组成。

5.如权利要求4所述的超级电容器，其特征在于，所述隔膜为磺化高分子纤维膜；所述电解液为硫酸、硫酸锂或硫酸钠水溶液。

6.如权利要求4所述的超级电容器，其特征在于，隔膜为深圳格邦GBH5512磺化隔膜；电解液为1mol L^-1硫酸；

所述超级电容器的放电比容量60-152mF cm^-2；100mA cm^-2电流密度下的放电比容量相对于1mA cm^-2下的放电比容量，容量保持率为41-46％。

7.如权利要求1-3任一项所述碳布/镓氧氮化物工作电极的制备方法，包括步骤如下：

1)将碳布进行表面处理，得碳布A；

2)将碳布A置于三氯化镓-苯溶液中，重复浸渍、提拉数次，得碳布B，再将碳布B置于通风橱中，于室温环境空气中放置6-12h，得碳布C，然后将碳布C置于烘箱中于50-70℃干燥6-12h，得碳布D；

3)将碳布D置于管式炉中，在氨气氛中进行氮化处理，得碳布/镓氧氮化物；

4)将所得碳布镓氧氮化物进行裁切，制得碳布镓氧氮化物工作电极。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，

步骤1)中所述将碳布进行表面处理，所述表面处理为空气等离子体处理或超声处理；其中，空气等离子体处理的时间为60-120s，功率为90-110W；所述超声处理为：将碳布置于3-8mol L^-1的酸溶液中，于室温下超声处理1-3h，干燥后使用；

步骤2)中所述三氯化镓-苯溶液，其中，三氯化镓的浓度为1-2mol L^-1；

步骤2)中所述重复浸渍、提拉数次，其中，浸渍、提拉的次数为6-12次，相邻两次浸渍、提拉的时间间隔为4-6min。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述酸为硝酸、盐酸。

10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述酸为5-7mol L^-1的硝酸。

11.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的超声处理为：将碳布置于6mol L^-1的硝酸溶液中，于室温下超声处理2h，干燥后使用；

步骤2)中所述重复浸渍、提拉数次，相邻两次浸渍、提拉的时间间隔为5min。

12.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，

步骤3)中所述氨气氛，其中，氨气流速为32-48mL min^-1，氨气在进入管式炉之前，先经过盛有25-28％浓氨水的洗气瓶；

步骤3)中所述氮化处理，氮化处理的温度为750-850℃，升温速率为10℃ min^-1，氮化时间为8-12h。

13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述氮化处理，800℃下氮化处理，氮化时间为10h。

14.如权利要求4-6任一项所述超级电容器的制备方法，将碳布/镓氧氮化物矩形条裁成电极片，制得工作电极；以H₂SO₄溶液为电解液，将隔膜裁剪成圆片，组装扣式超级电容器器件。