CN111847526A - 一种高容量超级电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种CNT/CoFe2O4/Fe3O4超级电容器电极材料的制备方法，先以一步水热法制备CNT/CoFe2O4，随后将铁盐溶解乙二醇中，加入乙酸钠、聚乙二醇，搅拌溶解完全，之后加入CNT/CoFe2O4，采用水热法将其与Fe3O4复合，克服了CoFe2O4作为超级电容器电极材料成分单一的问题，三种材料协同作用，制备工艺简单、成本低，电极材料具有良好的三维网络结构，有效的防止了氧化物颗粒团聚，极大的提高了材料的比表面积，加快了电解质的传输速率以及电子导电率，具有优异的电化学特性和化学稳定性。

Description

一种高容量超级电容器
技术领域
本发明涉及超级电容器技术领域，特别涉及一种超级电容器复合电极材料的制备方法及电极。
背景技术
随着全球能源危机的加剧，以及大气污染问题和全球温室效应的日益严峻，迫使人们对新型可替代能源的需求愈发渴望，因此，对于能源存储设备的开发人们也愈发关注。近年来，超级电容器作为最为理想的能量存储设备之一，具有快速充放电(数秒)，高的功率密度(约是电池的十数倍)，长循环寿命(可循环充放电上万次)等特性。常用于工业生产，应急能源设备以及新能源汽车等领域。
超级电容器的主要工作原理是在材料表面或近表面发生离子吸附或表面快速的氧化还原反应，从而达到储存电荷的目的。影响超级电容器电极材料性能的关键因素主要包括材料的组成和材料的形貌。因此，如何设计材料的组成并控制其形貌是合成超级电容器材料的重中之重。传统的超级电容器材料包括炭基材料，导电聚合物和过渡金属氧化物。其中过渡金属氧化物由于原料来源丰富，成本低廉，理论比电容高等受到广泛关注，然而其较低的电导率和循环稳定性限制其商业应用。
双金属型氧化物AB2O4，利用两种金属之间的协同作用改善电化学性能是目前改善单金属氧化物电化学性能的主要方法之一，比相应的单组分氧化物具有更高的导电性，更有利于能源储存与高效转换。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料及其制备方法和其在超级电容器领域的应用，制备方法简单、生产成本低、技术环保，制得的电极材料具有较高的比电容和良好的电化学稳定性，表现出良好的电化学活性。
一种超级电容器用CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将酸改性的碳纳米管加入到去离子水中，超声得到碳纳米管均匀分散的混合液；
(2)将Co盐和Fe盐溶解于去离子水中，再加入醋酸铵搅拌至完全溶解；向混合液中加入碳纳米管分散液液，转入水热反应釜中，180-220℃下反应5-8h，取出自然冷却，用无水乙醇和去离子水洗涤，得到CNT/CoFe2O4复合材料；
(3)将铁盐溶解乙二醇中，加入乙酸钠、聚乙二醇，搅拌溶解完全，之后加入步骤(2)中的CNT/CoFe2O4复合材料，将混合液加入水热反应釜中，180-220℃恒温5-10h，得到CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料。
所述Co盐为氯化钴、硝酸钴；所述Fe盐为氯化铁、硝酸铁。
所述Co盐和Fe盐的摩尔比为1:2。
将复合电极材料制备超级电容器电极，具体步骤为，将CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料、导电剂、粘结剂在N-甲基-2-呲咯烷酮中分散均匀涂覆在泡沫镍上，烘干。
有益效果：
通过水热法制备出CNT/CoFe2O4/Fe3O4，制备方法操作简便，绿色环保，成本低，电极材料形成了良好的三维网络结构，有效的防止了氧化物颗粒团聚，极大的提高了材料的比表面积，加快了电解质的传输速率以及电子导电率；CoFe2O4和Fe3O4之间形成异质结结构，二者协同作用，提升过渡金属氧化物在充放电过程中的电化学稳定性，进而提高了超级电容器的比电容、倍率性能以及循环稳定性。
附图说明
图1为实施例1的电极材料性能图；
具体实施方式
实施例1
(1)将0.05g的酸改性的碳纳米管加入到20mL去离子水中，超声0.5h，得到碳纳米管均匀分散的混合液；
(2)将0.02mol硝酸钴和0.04mol氯化铁溶解于60mL去离子水中，再加入0.02mol醋酸铵搅拌至完全溶解；向混合液中加入步骤(1)的碳纳米管分散液液，转入100mL水热反应釜中，180℃下反应5h，取出自然冷却，用无水乙醇和去离子水洗涤，得到CNT/CoFe2O4复合材料；
(3)将0.01moL氯化铁溶解乙二醇中，加入乙酸钠、聚乙二醇，氯化铁、乙酸钠、聚乙二醇的质量比为1:0.8:0.8，搅拌溶解完全，之后加入CNT/CoFe2O4复合材料，将混合液加入水热反应釜中，180℃恒温5h，得到CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料。
实施例2
(1)将0.05g的酸改性的碳纳米管加入到20mL去离子水中，超声1h得到碳纳米管均匀分散的混合液；
(2)将0.02mol氯化钴和0.04mol氯化铁溶解于60mL去离子水中，再加入0.02mol醋酸铵搅拌至完全溶解；向混合液中加入步骤(1)的碳纳米管分散液液，转入100mL水热反应釜中，200℃下反应5h，取出自然冷却，用无水乙醇和去离子水洗涤，得到CNT/CoFe2O4复合材料；
(3)将0.01moL氯化铁溶解乙二醇中，加入乙酸钠、聚乙二醇，氯化铁、乙酸钠、聚乙二醇的质量比为1:0.8:0.8，搅拌溶解完全，之后加入CNT/CoFe2O4复合材料，将混合液加入水热反应釜中，200℃恒温8h，得到CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料。
对比例1
(1)将0.05g的酸改性的碳纳米管加入到20mL去离子水中，超声0.5h，得到碳纳米管均匀分散的混合液；
(2)将0.02mol硝酸钴和0.04mol氯化铁溶解于60mL去离子水中，再加入0.02mol醋酸铵搅拌至完全溶解；向混合液中加入步骤(1)的碳纳米管分散液液，转入100mL水热反应釜中，180℃下反应5h，取出自然冷却，用无水乙醇和去离子水洗涤，得到CNT/CoFe2O4复合材料。
对比例2
将0.01moL氯化铁溶解乙二醇中，加入乙酸钠、聚乙二醇，氯化铁、乙酸钠、聚乙二醇的质量比为1:0.8:0.8，搅拌溶解完全，将混合液加入水热反应釜中，200℃恒温8h，得到Fe3O4复合材料。
将复合电极材料制备超级电容器电极，具体步骤为，将CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料、导电剂、粘结剂在N-甲基-2-呲咯烷酮中分散均匀涂覆在泡沫镍上，烘干；以其作为工作电极，铂电极为对电极，银/氯化银为参比电极，NaOH溶液为电解液，进行电极性能测试。
表1为实施例与对比例在不同电流密度下容量性能对比
Figure BDA0002608379940000041
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种超级电容器用CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将酸改性的碳纳米管加入到去离子水中，超声得到碳纳米管分散液；
(2)将Co盐和Fe盐溶解于去离子水中，再加入醋酸铵搅拌至完全溶解；向混合液中加入碳纳米管分散液液，转入水热反应釜中，180-220℃下反应5-8h，取出自然冷却，用无水乙醇和去离子水洗涤，得到CNT/CoFe2O4复合材料；
(3)将铁盐溶解乙二醇中，加入乙酸钠、聚乙二醇，搅拌溶解完全，之后加入步骤(2)制备的CNT/CoFe2O4复合材料，将混合液加入水热反应釜中，180-220℃恒温5-10h，得到CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料。
2.根据权利要求1所述的超级电容器用CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料的制备方法，其特征在于，所述Co盐为氯化钴、硝酸钴；所述Fe盐为氯化铁、硝酸铁。
3.根据权利要求1所述的超级电容器用CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述Co盐和所述Fe盐的摩尔比为1:2。
4.采用权利要求1-3所述复合材料制备的超级电容器电极，将CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料、导电剂、粘结剂在N-甲基-2-呲咯烷酮中混合均匀涂覆在泡沫镍上，烘干。
5.一种超级电容器，包括电解液、正极、负极和位于正极和负极之间的隔膜，其特征在于：所述正极为权利要求4所述的电极。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114446673A (zh) * 2022-01-14 2022-05-06 河北工业大学 一种立体网状薄片CoFe2O4@NiO复合材料、制备方法及应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105126855A (zh) * 2015-07-15 2015-12-09 浙江大学 ZnO/ZnFe2O4/C纳米结构空心球及其制备方法
CN107051343A (zh) * 2016-12-06 2017-08-18 青岛大学 多层核壳结构的碳@钴酸镍@四氧化三铁复合材料的制备方法
CN107658441A (zh) * 2017-09-03 2018-02-02 河南师范大学 碱性二次电池负极材料[CoxCuyZnzFe2O4]及使用该负极材料的电池
WO2018049004A1 (en) * 2016-09-07 2018-03-15 Board Of Regents, The University Of Texas System Flexible supercapacitors and devices containing the same
CN108962626A (zh) * 2018-08-14 2018-12-07 东北大学 一种用于超级电容器的具有pn结结构的复合材料、超级电容器电极材料及其制备方法
CN110342493A (zh) * 2018-04-03 2019-10-18 清华大学 过渡金属氧化物/碳纳米管复合材料及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105126855A (zh) * 2015-07-15 2015-12-09 浙江大学 ZnO/ZnFe2O4/C纳米结构空心球及其制备方法
WO2018049004A1 (en) * 2016-09-07 2018-03-15 Board Of Regents, The University Of Texas System Flexible supercapacitors and devices containing the same
CN107051343A (zh) * 2016-12-06 2017-08-18 青岛大学 多层核壳结构的碳@钴酸镍@四氧化三铁复合材料的制备方法
CN107658441A (zh) * 2017-09-03 2018-02-02 河南师范大学 碱性二次电池负极材料[CoxCuyZnzFe2O4]及使用该负极材料的电池
CN110342493A (zh) * 2018-04-03 2019-10-18 清华大学 过渡金属氧化物/碳纳米管复合材料及其制备方法
CN108962626A (zh) * 2018-08-14 2018-12-07 东北大学 一种用于超级电容器的具有pn结结构的复合材料、超级电容器电极材料及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114446673A (zh) * 2022-01-14 2022-05-06 河北工业大学 一种立体网状薄片CoFe2O4@NiO复合材料、制备方法及应用
CN114446673B (zh) * 2022-01-14 2023-10-31 河北工业大学 一种立体网状薄片CoFe2O4@NiO复合材料、制备方法及应用

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