一种阵列型金属硫化物复合电极材料及其制备方法转让专利
申请号 : CN202010774129.3
文献号 : CN111900334B
文献日 : 2021-12-24
发明人 : 郑海红 , 程琳 , 王顺利
申请人 : 杭州紫芯光电有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种阵列型金属硫化物复合电极材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一,取铜网衬底切片,超声清洗后烘干备用;
步骤二,采用电化学工作站,采用恒电流模式,以泡沫铜作为工作电极,氧化汞为参比电极,铂片为对电极,氢氧化钠(NaOH)为电解液,电镀制备氢氧化铜(Cu(OH)2)纳米阵列;
步骤三,将制备好的氢氧化铜(Cu(OH)2)纳米阵列放入管式炉进行退火处理制备过氧化铜(CuO2)纳米阵列;
步骤四,将退火后的过氧化铜(CuO2)纳米阵列样品进行硫化处理,制备得到金属硫化物(Cu9S5)纳米阵列;
步骤五,采用电镀的方法在金属硫化物(Cu9S5)纳米阵列外面包覆一层导电聚合物(ppy),制备得到Cu9S5@ppy纳米阵列,即得到阵列型金属硫化物复合电极材料;所述步骤一中的铜网衬底为1X2cm,然后放入丙酮超声清洗20‑30min,再放入烘箱60‑80°烘干备用。
2.根据权利要求1所述的一种阵列型金属硫化物复合电极材料的制备方法,其特征在于:所述步骤二中的氢氧化钠(NaOH)为3mol/L,电镀电流为3mA‑10mA,电镀2‑30min。
3.根据权利要求1所述的一种阵列型金属硫化物复合电极材料的制备方法,其特征在于:所述步骤三中的退火处理温度为400℃‑700℃,在氩气气氛下,退火4‑8小时。
4.根据权利要求1所述的一种阵列型金属硫化物复合电极材料的制备方法,其特征在于:所述步骤四中的退火后的CuO2纳米阵列样品进行硫化处理包括:配制硫化溶液,将
10ml‑40ml含有0.01M的NaS2水溶液在60℃水浴搅拌下,把CuO2纳米阵列样品放入硫化溶液中,硫化5min‑40min,得到Cu9S5纳米阵列。
5.根据权利要求1所述的一种阵列型金属硫化物复合电极材料的制备方法,其特征在于:所述步骤五中制备Cu9S5@ppy纳米阵列,采用电化学工作站,恒电位模式,以Cu9S5纳米阵列作为工作电极,氧化汞参比电极,铂片为对电极,0.5M H2SO4+1ml吡咯配制成80ml溶液作为电镀电解液,电镀电压0.3v‑1v,电镀3‑10min,得到的样品用超纯水洗涤3次,即得到Cu9S5@ppy纳米阵列样品。
6.一种阵列型金属硫化物复合电极材料,采用权利要求1‑5任一项制备方法制备,其特征在于:所述阵列型金属硫化物复合电极材料具有纳米片状结构,所述阵列型金属硫化物复合电极材料垂直生长于基底上。
说明书 :
一种阵列型金属硫化物复合电极材料及其制备方法
技术领域
背景技术
富,能源危机在短时间内不会发生,例如,地壳中含有的煤储量依然足以发电数百年。然而,
传统化石能源的使用必然造成温室气体的排放和对环境的破坏,继续肆无忌惮地开采可能
会带来灾难性的气候影响。因此,对诸如风能、太阳能、潮汐能等绿色环保的可再生能源的
开发也成为了当前社会的研究热点之一。但是,这类可再生能源有着时间上的不连续性和
地域上的特殊性,如何高效、方便地使用这类新能源是人们研究的重要方向之一。
境友好等优点。目前,锂离子电池已经被广泛应用于手机、笔记本电脑等便携式电子市场。
此外,锂离子电池在电动汽车、智能电网和可再生电站等大型储能系统领域中也有着广泛
的应用前景。现如今,研究者们对于锂离子电池的电极材料、电解液材料和隔膜材料等方面
的研究和应用已经取得了突出的成就。
的价格急剧升高。此外,锂离子电池较低的倍率性能和大电流下热稳定性较差的缺点也为
其在电动汽车、智能电网等大型储能领域上的发展增加了阻碍。因此,研究者们迫切地希望
研发一款兼具低成本、高安全性、环保且可持续发展的储能电池。其中,钠离子电池因为兼
具成本低廉、绿色环保以及有着与锂离子电池相似的电化学原理而受到了广大科研工作者
的关注。这些优点是因为钠离子电池中最重要的钠元素与锂元素同处第一主族,而且其在
地球中的资源储量丰富且分布广泛。
规模储能设备中有着广泛的应用前景。因此,开发电化学性能优异的钠离子电池可以补充
锂离子电池的不足,在市场中争得一席之地。
实际容量偏低、循环稳定性差。
发明内容
列;
中,硫化5min‑40min,得到Cu9S5纳米阵列。
配制成80ml溶液作为电镀电解液,电镀电压0.3v‑1v,电镀3‑10min,得到的样品用超纯水洗
涤3次,即得到Cu9S5@ppy纳米阵列样品。
料垂直生长于基底上。
阵列结构,大大提高材料的比表面积,提高了钠离子的储存空间。在Cu9S5纳米阵列结构外
面包覆导电聚合物PPY,不仅能提升材料的导电性,还能有效缓解充/放电过程中电极大的
体积膨胀,使电极结构更加稳定。具有每种组分的综合优点的复合结构可以促进电子/Na+
的运输和储存,从而实现增强的储钠性能。该工作可能会为先进钠离子电池负极材料的设
计和构造提供一些启发。
帮助,并且硫元素具有较低的电负性,所以铜硫化物晶体结构更加灵活,延展性更好,它有
效地减轻了电极在充电和放电时电极的体积变化问题,从而增大了电极材料的循环性能。
附图说明
具体实施方式
人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明
的保护范围。
列,具体地,采用电化学工作站,采用恒电流模式,以泡沫铜作为工作电极,氧化汞参比电
极,铂片为对电极,3M NaOH为电解液,电镀电流10mA,电镀10min,即得到如图1所示,泡沫铜
基底表面得到棒状的Cu(OH)2纳米阵列,棒状的Cu(OH)2纳米阵列密集分布在基底的表面,
并垂直基底生长;
图2所示,可得到的CuO2纳米阵列,退火后的Cu2O结构由光滑的棒状结构转变为链状结构,
大大提高其比表面积;
化溶液,将20ml含有0.01M的NaS2水溶液在60℃水浴搅拌下,把CuO2纳米阵列样品放入硫化
溶液中,硫化10min,清洗干净即可得到Cu9S5纳米阵列,如图3所示,通过硫化使CuO2反应生
成片状的Cu9S5,并垂直分布于阵列表面,使电极材料的比表面积大大的提高。
采用恒电位模式,以Cu9S5纳米阵列作为工作电极,氧化汞参比电极,铂片为对电极,0.5M
H2SO4+1ml吡咯配制成80ml溶液作为电镀电解液,电镀电压0.8v,电镀3min,得到Cu9S5@ppy
纳米阵列样品,如图4所示,在Cu9S5纳米片表面制备一层网状结构的聚吡咯,网状结构聚吡
咯的包覆能缓解电极材料的体积效应,大大提高电极材料的稳定性。
述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些
修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。