[发明专利]纳米多孔氮化钒材料及其制备方法和储能器件

说明书

本发明公开了纳米多孔氮化钒材料及其制备方法和储能器件。制备方法，包括：采用电解的方式，以钒金属片作为阳极，利用阳极氧化作用在钒金属片上形成多个纳米孔洞得到纳米多孔结构的中间材料；将纳米多孔结构的中间材料与含氮物质反应得到纳米多孔氮化钒材料；用于电解的电解液中包括浓度为0.01‑0.1mol/L的硼酸根离子、浓度为0.1‑0.5mol/L的氟离子以及浓度为0.01‑0.1mol/L的钛离子。纳米多孔氮化钒材料，采用上述方法制得。该材料具有大的比表面积和高的电导率，在低电位下具有好的可逆储存。储能器件，包括上述纳米多孔氮化钒材料。

技术领域

本发明涉及电化学材料技术领域，具体而言，涉及纳米多孔氮化钒材料及其制备方法和储能器件。

背景技术

随着社会经济和技术的快速发展，规模化利用清洁能源成为了当下整个社会可持续发展迫切需要解决的问题。双离子水系电化学储能系统由于兼具高能量密度和安全的特点是该领域的研究热点。其中，阴离子存储材料由于是决定双离子水系储能器件性能的关键而备受关注。然而，现有的阴离子储存材料主要以碳基材料为主，这限制了储能器件的使用寿命和能量密度。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供纳米多孔氮化钒材料的制备方法、纳米多孔氮化钒材料和储能器件。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种纳米多孔氮化钒材料的制备方法，包括：

采用电解的方式，以钒金属片作为阳极，利用阳极氧化作用在钒金属片上形成多个纳米孔洞得到纳米多孔结构的中间材料；

将纳米多孔结构的中间材料与含氮物质反应得到纳米多孔氮化钒材料；

用于电解的电解液中包括浓度为0.01-0.1mol/L的硼酸根离子、浓度为0.1-0.5mol/L的氟离子以及浓度为0.01-0.1mol/L的钛离子。

在可选的实施方式中，电解液是由硼酸盐、HF和钛粉与醋酸溶液混合溶解得到；

优选地，硼酸盐包括硼酸钾和硼酸钠中至少一种。

优选地，醋酸溶液的浓度为15-17.45molL^-1。

在可选的实施方式中，电解液是硼酸钛和氟化氢的混合溶液。

在可选的实施方式中，电解时设置电压为80～130V、电解时间为5～35min。

在可选的实施方式中，含氮物质为氨气，在将纳米多孔结构的中间材料与氨气反应之前还包括将纳米多孔结构的中间材料再次氧化，再次氧化是将纳米多孔结构的中间材料置于180～220℃的含氧气氛中反应3～8h。

在可选的实施方式中，将再次氧化后的纳米多孔结构的中间材料与氨气反应的条件为在350～650℃中反应3～8h。

在可选的实施方式中，在将钒金属片进行阳极氧化之前还包括对其表面进行清洁处理以去除表面包括油脂在内的杂质；

优选地，清洗所用清洗剂为有机溶剂；进一步优选地，有机溶剂包括乙醇和甲醇中至少一种；

优选地，清洗后将钒金属片置于80～120℃下烘干。

在可选的实施方式中，电解中用到的阴极为石墨电极或铂电极。

第二方面，本发明提供一种纳米多孔氮化钒材料，采用如前述实施方式任一项的制备方法制得。

第三方面，本发明提供一种储能器件，包括如前述实施方式的纳米多孔氮化钒材料。

本发明具有以下有益效果：