一种掺杂F的氧化铁大面积电容材料、高能量密度和功率密度电容器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种掺杂F的氧化铁大面积电容材料及其制备方法，该电容材料为CC@Fe2O3-F，其中CC为碳布，@代表表明Fe2O3-F包覆于CC表面。本发明专利技术提供了一种对称型电化学电容器，其包括正极、负极、电解液、隔膜及集电器，所述正极和负极的材料为CC@Fe2O3-F。本发明专利技术提供的对称型电化学电容器，以廉价且易得的碳布为电极原材料，制得的对称型电化学电容器单位面积电容高、循环性好、稳定性高，具有高能量密度和功率密度。本发明专利技术提供的对称型电化学电容器通过简单有效且环境友好的反应得到电化学性质优越的电极材料，并组装出对称型电化学电容器，其所用的设备简单，易于推广，可以通过调节反应液浓度及反应时间，以得到电化学性质有所区别的电极材料。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种掺杂F的氧化铁大面积电容材料及其制备方法，该电容材料为CCFe2O3-F，其中CC为碳布，代表表明Fe2O3-F包覆于CC表面。本专利技术提供了一种对称型电化学电容器，其包括正极、负极、电解液、隔膜及集电器，所述正极和负极的材料为CCFe2O3-F。本专利技术提供的对称型电化学电容器，以廉价且易得的碳布为电极原材料，制得的对称型电化学电容器单位面积电容高、循环性好、稳定性高，具有高能量密度和功率密度。本专利技术提供的对称型电化学电容器通过简单有效且环境友好的反应得到电化学性质优越的电极材料，并组装出对称型电化学电容器，其所用的设备简单，易于推广，可以通过调节反应液浓度及反应时间，以得到电化学性质有所区别的电极材料。【专利说明】一种掺杂F的氧化铁大面积电容材料、高能量密度和功率密度电容器及其制备方法和应用
本专利技术涉及电化学电容器领域，特别涉及一种对称型电化学电容器及其制备方法和应用。
技术介绍
超级电容器，即电化学电容器由于其功率密度高、使用寿命长，是一种最有前景的备选材料来衔接常规介质电容器与锂电池。因此，在开发、研究及发展这项技术上，许多政府和企业投入了大量的时间和金钱。然而，超级电容器也存在一些缺点，诸如能量密度低、生产成本高，这些将成为其进一步发展的巨大挑战。此外，对于小型电子产品或固定的能量存储装置，单位面积的储能(分布电容)是评价超级电容器性能的一项重要指标。 现在广泛采用设计新型电极的方式来提高电流密度。流行的做法是将碳材料和赝电容材料(过渡金属氧化物/氢氧化物以及导电聚合物)复合，来提高功率密度。在众多的复合材料中，氧化铁由于成本低、理论电容值高、对环境无害及自然存储量丰富等特点而引起广泛关注。然而对Fe2O3来说，其低导电率大大限制其面积功率密度。为了解决这个问题，人们做了大量的努力来优化其导电性，例如减小颗粒尺寸、在颗粒附近镀上导电相或掺杂阳离子。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术目的在于提供一种廉价易得的电容材料及其制备方法和应用。 本专利技术的另一目的在于提供一种对称型电化学电容器及其制备方法。 为了实现上述目的，本专利技术首先提出了一种掺杂F的氧化铁大面积电容材料，其为CCOFe2O3-F,其中CC为碳布，@代表Fe2O3-F包覆于CC表面。 进一步地，本专利技术提供了制备所述掺杂F的氧化铁大面积电容材料的方法，将碳布(CC)置于Fe (NO3)3.9Η20,NH4F及尿素的混合溶液中密封水热反应一段时间，之后加热裂解，得到电极材料CC@Fe203-F。 优选地，所述混合溶液中Fe (NO3) 3.9H20的浓度为0.01?0.lmmol/L,所述Fe (NO3) 3.9H20和NH4F的物质的量的比为1:0.5?2，所述Fe (NO3) 3.9H20和尿素的物质的量的比为1:1?5。 优选地,所述碳布的面积与混合溶液体积的比为0.05?0.2cm2/mL,所述混合溶液中的溶剂为50%乙醇(体积比)。 优选地，所述密封水热反应时间为3?9h，温度为90?150°C。 优选地，所述加热裂解时间为I?3h，温度为350?450°C。 另外，本专利技术还提供了所述掺杂F的氧化铁大面积电容材料在电化学中的应用。 进一步地，本专利技术提供了一种对称型电化学电容器，其包括正极、负极、电解液、隔膜及集电器，所述正极和负极的材料为CCOFe2O3-F。 优选地，所述隔膜为滤纸，所述集电器为镍片。 优选地，所述电解液为KOH溶液，该KOH溶液的浓度为4?6mol/L。 本专利技术的有益效果如下: 本专利技术提供的对称型电化学电容器，以廉价且易得的碳布为电极原材料，制得的对称型电化学电容器单位面积电容高、循环性好、稳定性高，具有高能量密度和功率密度。本专利技术提供的对称型电化学电容器通过简单有效且环境友好的反应得到电化学性质优越的电极材料，并组装出对称型电化学电容器，其所用的设备简单，易于推广，可以通过调节反应液浓度及反应时间，以得到电化学性质有所区别的电极材料。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术实施例提供对称型电化学电容器的电极材料CC@Fe203-F_2的扫描电镜图； 图2为本专利技术实施例提供对称型电化学电容器在电压扫描速率为50mV/s时，CCiFe203-F-2//CCiFe203-F-2和三种对比的循环伏安图； 图3为本专利技术实施例提供对称型电化学电容器在电流密度为2mA/cm2时，CCiFe203-F-2//CCiFe203-F-2和三种对比的充放电曲线图； 图4为本专利技术实施例提供对称型电化学电容器在不同电流密度下，CCiFe203-F-2//CCiFe203-F-2 的充放电曲线； 图5为本专利技术实施例提供对称型电化学电容器在不同的电极材料面积下，CCiFe203-F-2//CCiFe203-F-2 的总电容变化图； 图6为本专利技术实施例提供对称型电化学电容器CC@Fe203-F-2//CC(gFe203-F-2的充放电循环图。 【具体实施方式】 为使专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】做详细的说明。 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。 本专利技术公开了一种掺杂F的氧化铁大面积电容材料，其为CCOFe2O3-F,其中CC为一种碳布。该材料通过以下方法制备:将碳布置于Fe(NO3)3.9H2O^NH4F及尿素的混合溶液(溶剂为50%乙醇)中密封水热反应一段时间，之后加热裂解，得到电极材料CC@Fe203-F。在本步骤中Fe3+通过水热反应水解在碳布上生成掺有氟离子的氢氧化物，之后通过热解形成电极材料CCOFe2O3-F。 本专利技术对混合溶液的浓度及碳布的量并无特定要求，但为了操作的便利性，混合溶液中的Fe (NO3) 3.9H20的浓度优选为0.01?0.lmmol/L, Fe (NO3) 3.9H20和NH4F的物质的量的比优选为1:0.5?2，Fe (NO3)3.9H20和尿素的物质的量的比优选为1:1?5，碳布的面积与溶液体积的比优选为0.05?0.2cm2/mL。 本专利技术对密封水热反应与加热裂解的仪器并无特别限制，可以采用本领域技术人员熟知的装置。为提高效果，密封水热反应时间优选为3?9h，温度优选为90?150°C。加热裂解时间优选为I?3h，温度优选为350?450°C。 本专利技术还公开的一种对称型电化学电容器，包括:正极、负极、电解液、隔膜及集电器，两极的材料为CCOFe2O3-F,其中CC为碳布。本专利技术对隔膜材质及电解液类型并无特别限定。隔膜材质可有滤纸、聚偏二氟乙烯膜及醋酸纤维素膜等多种选择，优选为滤纸。电解液可有氢氧化钾溶液，硫酸锂溶液和硫酸钠溶液等多种选择，优选为KOH溶液。本领域技术人员可容易知道，集电器可有金属箔、金属网、导电聚合物复合材料和膨胀金属等多种选择，本专利技术优选为镍片。 本专利技术进一步公开的了上述对称型电化学电容器的制备方法，其包括如下步骤: 步骤a)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂F的氧化铁大面积电容材料，其特征在于，其为CC@Fe2O3‑F，其中CC为碳布，@代表Fe2O3‑F包覆于CC表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：俞书宏，陈立锋，马骁，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34