[发明专利]一种非金属桥连核壳电极材料及其在超级电容器中的应用

说明书

本发明公开一种非金属桥连核壳电极材料，所述材料在制备时，首先以水热法在集流体泡沫镍上直接生长具有特殊结构的过渡金属氢和/或氧化物，过渡金属氧化物或者氢氧化物为核，洗涤、干燥后再次作为基体利用水热法在其表面引入非金属连接体，再次经过洗涤干燥后，利用共沉积法在连接体之上生长三维块状普鲁士蓝类似物PBAs，形成具有优越电化学性能的新型核‑连接体@PBAs核壳电极材料。本发明将非金属作为桥梁插入到核与壳之间作为非金属连接体，形成新型“核‑连接体‑壳”电极材料，这不仅可以改变电极主体结构的电子性质，同时可以暴露更多的活性位点，从而在根本上加速电子在电化学反应过程中的传质。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，尤其是一种非金属桥连核壳电极材料及其在超级电容器中的应用。

背景技术

将不稳定的风能、太阳能等新能源转换为能够稳定输出的电能是解决能源问题的重要课题，超级电容器作为一种兼具高功率密度，高能量密度和长循环寿命的储能元件备受关注。自从氧化钌(RuO₂)被发现具有赝电容性能至今，以法拉第氧化还原反应为主导的赝电容材料逐渐占据一席之地，为了降低成本、提高赝电容的电化学性能，以过渡金属(氢)氧化物为主体构建多维电极材料取得了良好的效果，但总体而言，功率密度较低依然是赝电容材料在工业化应用中的瓶颈之一。

迄今为止，构建无粘结剂三维核壳结构电极材料被认为是改善其电化学性能的有效途径之一，这主要是由于这种新型材料具有超高比表面积、显著的渗透性和优异的电性能。然而，核壳电极材料仍然存在一些严重的问题。首先，并非所有的壳与核都具有良好的匹配性。其次，由于核壳之间的弱界面相互作用导致赝电容材料的电化学性能(包括比电容和循环稳定性)不太令人满意。因此，通过界面工程提高电极的固有电化学活性从而促进电化学反应动力学被认为是提高赝电容器实用能力的有效策略。

通过检索，发现如下几篇与本发明专利申请相关的专利公开文献：

1、泡沫镍基氧化镍电极材料及其制备方法(CN105023768A)，属于超级电容器技术领域。其是将泡沫镍基片放入反应釜中，再将得到的草酸溶液转移至该反应釜中，使泡沫镍基片完全浸入草酸溶液中，120～140℃下反应6～24h，从而在泡沫镍基片上制备得到草酸镍；然后将得到的泡沫镍基片取出后清洗烘干，并浸入到1～6mol/L的氢氧化钾水溶液中作为工作电极，然后以汞/氧化汞电极作为参比电极，以铂电极作为对电极，进行电化学循环伏安扫描，即可得到泡沫镍基氧化镍电极。具有无需外加镍源(泡沫镍自身为镍源)、机械强度高、稳定性好等优点，且工艺简单、成本低，易实现大规模生产。

2、一种高性能超级电容电极材料Co-Fe类普鲁士蓝纳米立方及其制备方法和应用(CN107253731A)，该制备方法以无机钴盐和铁氰化钾为反应原料，以柠檬酸三钠为络合稳定剂，采用液相共沉淀反应法，通过控制铁氰化钾的用量及静置老化时间等反应条件，制备出分散性好和比表面积大的Co- Fe类普鲁士蓝纳米立方材料，其尺寸大小约为300nm。采用本发明制备出的Co- Fe类普鲁士蓝纳米立方材料，提高了电化学电容器的容量以及改善了电容器快速充放电和使用寿命等性能，在1mol/L硫酸钠溶液中电流为5A/g恒电流充放电时的电容值高达447F/g，并具有良好的倍率性能。

通过对比，本发明专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种非金属桥连核壳电极材料及其在超级电容器中的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种非金属桥连核壳电极材料，所述材料在制备时，首先以水热法在集流体泡沫镍上直接生长具有特殊结构的过渡金属氢和/或氧化物，过渡金属氧化物或者氢氧化物为核，洗涤、干燥后再次作为基体利用水热法在其表面引入非金属连接体，再次经过洗涤干燥后，利用共沉积法在连接体之上生长三维块状普鲁士蓝类似物PBAs，形成具有优越电化学性能的新型核-连接体@PBAs核壳电极材料。