应用于超级电容器的Te-C纳米复合材料的制备方法转让专利
申请号 : CN201911151951.8
文献号 : CN110911176B
文献日 : 2021-10-12
发明人 : 张久俊 , 翟子波 , 黄克靖 , 颜蔚 , 付倩茹
申请人 : 上海大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种应用于超级电容器的Te‑C纳米复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
a.在通常状况下,配制氢氧化钾的饱和水溶液,然后将氢氧化钾的饱和水溶液缓慢加入浓度为40%(V/V)的乙醛溶液当中,搅拌至少30分钟,制备混合液,在室温环境下放置一周后,收集混合液中的沉淀物,并用蒸馏水洗涤沉淀物,然后对沉淀物进行干燥处理,得到碳量子点粉末;
b.将在所述步骤a中制备的碳量子点粉末、磷酸二氢铵和二氧化碲粉末在玛瑙研钵中进行混合,研磨均匀,得到混合均匀的粉末;
c.将在所述步骤b中得到的混合均匀的粉末置于管式炉当中,在氮气保护条件下,升温至煅烧目标温度,对粉末进行煅烧,得到煅烧产物;
d.将在所述步骤c中煅烧后的煅烧产物取出并冷却至室温后,用蒸馏水进行洗涤,再经过干燥后,即得到Te‑C纳米复合材料;制备的所述Te‑C纳米复合材料为超薄碳纳米片包覆的碲纳米颗粒复合材料,其中,碲纳米颗粒被束缚在超薄碳纳米片外壳当中。
2.根据权利要求1所述应用于超级电容器的Te‑C纳米复合材料的制备方法,其特征在于:在所述步骤a中,氢氧化钾溶液和乙醛溶液的体积比为(1~5):1。
3.根据权利要求1所述应用于超级电容器的Te‑C纳米复合材料的制备方法,其特征在于:在所述步骤b中,碳量子点粉末、磷酸二氢铵和二氧化碲粉末的质量比为1:(5~10):(1~5)。
4.根据权利要求3所述应用于超级电容器的Te‑C纳米复合材料的制备方法,其特征在于:在所述步骤b中,碳量子点粉末、磷酸二氢铵和二氧化碲粉末的质量比为1:10:(1~3)。
5.根据权利要求1所述应用于超级电容器的Te‑C纳米复合材料的制备方法,其特征在于:在所述步骤c中,控制煅烧温度为600~900℃;煅烧时间维持在1~3h,而控制升温速度保持在2~5℃/min。
6.根据权利要求5所述应用于超级电容器的Te‑C纳米复合材料的制备方法,其特征在于:在所述步骤c中,控制煅烧温度为700~800℃;煅烧时间维持在2~3h。
7.根据权利要求1所述应用于超级电容器的Te‑C纳米复合材料的制备方法,其特征在于,制备的所述Te‑C纳米复合材料用于超级电容器的组装:当Te‑C纳米复合材料用作正极材料时,Te‑C纳米复合材料中的碲纳米颗粒发生氧化还原反应并形成赝电容;
当Te‑C纳米复合材料用作负极时,超薄碳纳米片形成双电层电容。
说明书 :
应用于超级电容器的Te‑C纳米复合材料的制备方法
技术领域
背景技术
器又叫做电化学电容器,是近几年发展较快的一种介于传统电容器和二次电池之间的新型
储能器件,兼具二者的优点——比传统电容器更高的能量密度,同时比各种二次电池更高
的功率密度。此外,超级电容器充电速率快、循环寿命长、工作温度范围宽,促使其在多个领
域得到广泛应用。硫族化合物是一种被广泛应用的电极材料,具有高的比电容和好的倍率
性能。然而,硫族化合物电极材料循环寿命短,循环稳定性不够理想。
发明内容
超薄碳纳米片外壳当中,制备了Te‑C纳米复合电极材料,并应用于超级电容器构建,所构建
的超级电容器能量密度高,功率密度大,且循环寿命长,克服了传统硫族化合物循环寿命短
的缺点,具有很大的应用前景。
置一周后,收集混合液中的沉淀物,并用蒸馏水洗涤沉淀物,然后对沉淀物进行干燥处理,
得到碳量子点粉末;
碲粉末的质量比为1:10:(1~3)。
800℃;进一步优选煅烧时间维持在2~3h。
中。
氧化还原反应并形成赝电容;当Te‑C纳米复合材料用作负极时,超薄碳纳米片形成双电层
电容。
料具有较高的比电容,好的倍率性能和超长的循环寿命;
低廉。
附图说明
具体实施方式
1,搅拌30min,制备混合液,在室温环境下放置一周后,收集混合液中的沉淀物,并用蒸馏水
洗涤沉淀物,然后对沉淀物进行干燥处理,得到碳量子点粉末;
研磨均匀,得到混合均匀的粉末;
制升温速度保持在5℃/min,得到煅烧产物;
米复合材料为工作电极,2M的KOH溶液作为电解液,对Te‑C进行电化学性能的测试。
的成功制备。图2为本实施例方法制备的Te‑C纳米复合电极材料的SEM图,由图2可知复合材
料为多孔结构的二维片层材料。图3为本实施例方法制备的Te‑C纳米复合电极材料用作超
级电容器正极时的GCD图,由图3可知复合材料作为正极时为赝电容反应机制。图4为本实施
例方法制备的Te‑C纳米复合电极材料用作超级电容器负极时GCD图,由图4可知复合材料作
为负极时为双电层反应机制。图5为本实施例方法制备的Te‑C纳米复合电极材料在电化学
超级电容器储能器件中的CV图,由图5可知复合材料在储能器件中具有较高的电化学活性。
图6为本实施例方法制备的Te‑C纳米复合电极材料在电化学超级电容器储能器件中的GCD
图,由图6可知储能器件具有较高的比容量。图7为本实施例方法制备的Te‑C纳米复合电极
材料在电化学超级电容器储能器件中的循环测试图,由图7可知储能器件具有较高的循环
稳定性。
极材料中的碲纳米颗粒发生氧化还原反应并提供赝电容;Te‑C纳米复合电极材料用作负极
时,超薄的碳纳米片提供双电层电容。碲是金属性最强的非金属材料,其优异的导电性有助
于提升材料的结构稳定性。经过高温煅烧之后,碲纳米颗粒在离子限域机制下,被紧紧的束
缚在超薄碳纳米片外壳当中,其循环能力得到大幅度的提升,克服了传统硫族化合物循环
寿命短的缺点。本实施例制备方法简单,成本低,产率比较高。本实施例方法制得的Te‑C纳
米复合电极材料较高的比电容和良好的循环稳定性。将该材料应用于超级电容器的电极,
‑1 ‑1
所得到的超级电容器能量密度为33.7Wh Kg ,功率密度为12kW Kg ,经过10000次的充‑放
电循环之后,其初始容量可以保留94.8%。本实施例制备方法制备的Te‑C纳米复合电极材
料具有较高的比电容,好的倍率性能和超长的循环寿命。将该材料用于构建超级电容器,所
得到的超级电容器具有高的能量密度和功率密度,以及超常的循环稳定性。
1,搅拌30min,制备混合液,在室温环境下放置一周后,收集混合液中的沉淀物,并用蒸馏水
洗涤沉淀物,然后对沉淀物进行干燥处理,得到碳量子点粉末;
研磨均匀,得到混合均匀的粉末;
制升温速度保持在5℃/min,得到煅烧产物;
米复合材料为工作电极,2M的KOH溶液作为电解液,对Te‑C进行电化学性能的测试。
将该材料应用于超级电容器的电极,所得到的超级电容器能量密度为30.5Wh Kg ,功率密
‑1
度为10.8kW Kg ,经过10000次的充‑放电循环之后,其初始容量可以保留91.7%。本实施例
方法制备的超薄碳纳米片包覆的碲纳米颗粒的Te‑C复合电极材料用于超级电容器的组装,
Te‑C复合电极材料用作正极时,Te‑C复合电极材料中的碲纳米颗粒发生氧化还原反应并提
供赝电容;Te‑C复合电极材料用作负极时,超薄的碳纳米片提供双电层电容。本实施例方法
通过煅烧技术制备了Te‑C纳米复合电极材料,并应用于超级电容器构建,所构建的超级电
容器能量密度高、功率密度大且循环寿命长,具有很大的应用前景。
1,搅拌30min,制备混合液,在室温环境下放置一周后,收集混合液中的沉淀物,并用蒸馏水
洗涤沉淀物,然后对沉淀物进行干燥处理,得到碳量子点粉末;
研磨均匀,得到混合均匀的粉末;
制升温速度保持在5℃/min,得到煅烧产物;
米复合材料为工作电极,2M的KOH溶液作为电解液,对Te‑C进行电化学性能的测试。
将该材料应用于超级电容器的电极,所得到的超级电容器能量密度为29.8Wh Kg ,功率密
‑1
度为10.2kW Kg ,经过10000次的充‑放电循环之后,其初始容量可以保留90.3%。本实施例
方法制备的超薄碳纳米片包覆的碲纳米颗粒的Te‑C复合电极材料用于超级电容器的组装,
Te‑C复合电极材料用作正极时,Te‑C复合电极材料中的碲纳米颗粒发生氧化还原反应并提
供赝电容;Te‑C复合电极材料用作负极时,超薄的碳纳米片提供双电层电容。本实施例方法
通过煅烧技术制备了Te‑C纳米复合电极材料,并应用于超级电容器构建,所构建的超级电
容器能量密度高、功率密度大且循环寿命长,具有很大的应用前景。
1,搅拌30min,制备混合液,在室温环境下放置一周后,收集混合液中的沉淀物,并用蒸馏水
洗涤沉淀物,然后对沉淀物进行干燥处理,得到碳量子点粉末;
研磨均匀,得到混合均匀的粉末;
制升温速度保持在5℃/min,得到煅烧产物;
米复合材料为工作电极,2M的KOH溶液作为电解液,对Te‑C进行电化学性能的测试。
将该材料应用于超级电容器的电极,所得到的超级电容器能量密度为31.9Wh Kg ,功率密
‑1
度为11.1kW Kg ,经过10000次的充‑放电循环之后,其初始容量可以保留88.5%。本实施例
方法制备的超薄碳纳米片包覆的碲纳米颗粒的Te‑C复合电极材料用于超级电容器的组装,
Te‑C复合电极材料用作正极时,Te‑C复合电极材料中的碲纳米颗粒发生氧化还原反应并提
供赝电容;Te‑C复合电极材料用作负极时,超薄的碳纳米片提供双电层电容。本实施例方法
通过煅烧技术制备了Te‑C纳米复合电极材料,并应用于超级电容器构建,所构建的超级电
容器能量密度高、功率密度大且循环寿命长,具有很大的应用前景。
1,搅拌30min,制备混合液,在室温环境下放置一周后,收集混合液中的沉淀物,并用蒸馏水
洗涤沉淀物,然后对沉淀物进行干燥处理,得到碳量子点粉末;
研磨均匀,得到混合均匀的粉末;
制升温速度保持在5℃/min,得到煅烧产物;
米复合材料为工作电极,2M的KOH溶液作为电解液,对Te‑C进行电化学性能的测试。
将该材料应用于超级电容器的电极,所得到的超级电容器能量密度为26.9Wh Kg ,功率密
‑1
度为8.3kW Kg ,经过10000次的充‑放电循环之后,其初始容量可以保留85.2%。本实施例
方法制备的超薄碳纳米片包覆的碲纳米颗粒的Te‑C复合电极材料用于超级电容器的组装,
Te‑C复合电极材料用作正极时,Te‑C复合电极材料中的碲纳米颗粒发生氧化还原反应并提
供赝电容;Te‑C复合电极材料用作负极时,超薄的碳纳米片提供双电层电容。本实施例方法
通过煅烧技术制备了Te‑C纳米复合电极材料,并应用于超级电容器构建,所构建的超级电
容器能量密度高、功率密度大且循环寿命长,具有很大的应用前景。
做的改变、修饰、替代、组合或简化,均应为等效的置换方式,只要符合本发明的发明目的,
只要不背离本发明应用于超级电容器的Te‑C纳米复合材料的制备方法的技术原理和发明
构思,都属于本发明的保护范围。