氧化钼/钼芯鞘结构复合丝储能电极材料及纤维状的超级电容器的制备方法技术

本发明专利技术提出一种氧化钼/钼芯鞘结构复合丝储能电极材料及纤维状的超级电容器的制备方法，通过在钼丝表面原位生成一层活性的氧化钼层，形成氧化钼/钼芯鞘结构复合丝，以此氧化钼/钼芯鞘结构复合丝作为电极的超级电容器的比电容大于300mF/cm2，储能性能好，具有广范的应用前景。本发明专利技术的钼芯表面阳极氧化均匀，不易脱落，机械强度高。使用氧化钼/钼芯鞘结构复合丝制备的纤维状的超级电容器工艺简单，并且价格低廉，操作人员可以通过控制氧化反应的时间，进一步调整钼芯表面氧化层的厚度，进而调控纤维状超级电容器的性能，得到性能可控的储能电极。

【技术实现步骤摘要】
氧化钼/钼芯鞘结构复合丝储能电极材料及纤维状的超级电容器的制备方法
本专利技术涉及电极材料
，尤其涉及一种氧化钼/钼芯鞘结构复合丝储能电极材料及纤维状的超级电容器的制备方法。
技术介绍
随着智能手表和智能手环等可穿戴电子产品逐渐在日常生活中普及，各类可穿戴电子设备也雨后春笋般的涌现。如果给这类设备提供足够的电源成为制约柔性便携或可穿戴智能器件发展的一个关键因素。超级电容器具有充放电速度快、功率密度高和循环寿命长等优点，与普通的二维平面状的超级电容器相比，一维纤维状超级电容器不但体积更小，而且机械灵活性更高，可以很容易地组装成各种结构进行设计革新，在柔性器件和可编制可穿戴器件领域具有广泛的应用前景。目前用于纤维状超级电容器的电极通常由碳纤维、碳纳米管纤维、石墨烯纤维。碳纤维比表面积小活性低，而碳纳米管纤维和石墨烯纤维制备工艺复杂、表面修饰困难。并且目前纤维状超级电容器的比电容、能量密度和功率密度都有待进一步提高。例如纯碳纳米管纤维或者石墨烯纤维的超级电容器的比电容才2.3mF/cm2。开发物美价廉、性能优异的电极对纤维状超级电容器越来越重要。金属氧化物等活性物质由于其具有较高的赝电容，通常也被广泛的用于超级电容器领域，但在金属丝或碳丝等表面修饰金属氧化物等活性物质，则存在着活性物质易脱落、金属丝易被腐蚀等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种储能性能优，工艺简单，并且机械强度高的氧化钼/钼芯鞘结构复合丝储能电极材料及纤维状的超级电容器的制备方法。r>为达到上述目的，本专利技术提出一种氧化钼/钼芯鞘结构复合丝储能电极材料，通过在钼丝表面原位生成一层活性的氧化钼层，形成氧化钼/钼芯鞘结构复合丝。优选的，以草酸和氟化氨的水溶液为电解液，将所述钼丝固定在阳极上，以铂为阴极，使得阳极氧化1-50小时从而在所述钼丝表面原位生成一层活性的氧化钼层。本专利技术还提出一种纤维状的超级电容器的制备方法，包括以下步骤：步骤1：取一截钼丝，分别用丙酮、洗涤液、清水进行清洗；步骤2：以草酸和氟化氨的水溶液为电解液，将钼丝固定在阳极上，以铂为对电极，通电后，阳极氧化1-50小时，形成氧化钼/钼芯鞘结构复合丝电极；步骤3：将所述氧化钼/钼芯鞘结构复合丝电极分别用水和乙醇清洗干净，并且烘干；步骤4：以1M的硫酸或磷酸/PVA为固态电解质，分别涂抹在所述氧化钼/钼芯鞘结构复合丝电极上，并晾干；步骤5：将两个所述氧化钼/钼芯鞘结构复合丝电极平行组装在一起形成所述纤维状的超级电容器。优选的，所述钼丝的直径在20微米到3000微米之间。优选的，所述的草酸和氟化氨的水溶液中，草酸的浓度范围为0.1-0.5mol/L。优选的，所述的草酸和氟化氨的水溶液中，所述的草酸为二水合草酸(C2H2O4·2H2O)。优选的，所述的草酸和氟化氨的水溶液中，氟化氨的浓度范围为0.01-0.2mol/L。优选的，所述的阳极氧化的电压范围1-20V，电流范围0.01-30A。与现有技术相比，本专利技术的优势之处在于：1、通过在钼丝表面原位生成一层活性的氧化钼层，形成氧化钼/钼芯鞘结构复合丝，以此氧化钼/钼芯鞘结构复合丝作为电极的超级电容器的比电容大于300mF/cm2，储能性能好，具有广范的应用前景。2、本专利技术的钼芯表面阳极氧化均匀，不易脱落，机械强度高。3、使用氧化钼/钼芯鞘结构复合丝制备的纤维状的超级电容器工艺简单，并且价格低廉。4、操作人员可以通过控制氧化反应的时间，进一步调整钼芯表面氧化层的厚度，进而调控纤维状超级电容器的性能，得到性能可控的储能电极。附图说明图1为本专利技术中氧化钼/钼芯鞘结构复合丝结构示意图及制备过程示意图。图2为本专利技术实例制得的氧化钼/钼芯鞘结构复合丝的SEM和TEM照片。图3为本专利技术实例制得的氧化钼/钼芯鞘结构复合丝的XPS谱图具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案作进一步地说明。实施例1将6.3gC2H2O4·2H2O和0.46g无水氟化铵溶于250ml水中溶解，配制成0.2M的草酸和0.05M的氟化铵水溶液。以该溶液为电解液，将1个长度为20厘米、直径为250微米的钼丝卷轴固定在阳极上，对电极使用铂电极，在常温下使用直流电源进行阳极氧化，氧化电流电流0.2mA，电压～3V将总物质的量为2mmol的Gd(NO3)3·6H2O、Yb(NO3)3·6H2O、Er(NO3)3·6H2O三种材料按物质的量比例96％：2％：2％，加入到20ml的水溶液中，在搅拌的情况下加入2ml的氨水，使混合溶液的pH大于10，之后在60℃下保温15h，最后将所得材料置于高温管式炉中，在N2/S的混合气氛中于600℃下保温1.5h，其中N2/S的混合气氛中硫磺的用量为3g，即制得Gd2O2S:x％Yb3+,y％Er3+纳米管。实施例2将总物质的量为2mmol的Gd(NO3)3·6H2O、Yb(NO3)3·6H2O、Er(NO3)3·6H2O三种材料按物质的量比例91％：8％：1％，加入到25ml的水溶液中，在搅拌的情况下加入2.5ml的氨水，使混合溶液的pH大于10，之后在70℃下保温20h，最后将所得材料置于高温管式炉中，在N2/S的混合气氛中于700℃下保温2h，其中N2/S的混合气氛中硫磺的用量为4g，即制得Gd2O2S:x％Yb3+,y％Er3+纳米管。实施例3将总物质的量为2mmol的Gd(NO3)3·6H2O、Yb(NO3)3·6H2O、Er(NO3)3·6H2O三种材料按物质的量比例79.8％：20％：0.2％，加入到30ml的水溶液中，在搅拌的情况下加入3ml的氨水，使混合溶液的pH大于10，之后在80℃下保温24h，最后将所得材料置于高温管式炉中，在N2/S的混合气氛中于800℃下保温3h，其中N2/S的混合气氛中硫磺的用量为5g，即制得Gd2O2S:x％Yb3+,y％Er3+纳米管。通过XRD确定所得Gd2O2S:x％Yb3+,y％Er3+纳米管的相结构，通过SEM观察所得产物的形貌和Yb3+离子对产物形貌的影响，通过光谱来观察产物的发光性质。由图1示意图可见外层为氧化钼壳1，中间是钼芯2。在实际制备中发现外层亮金色的钼已经转化为黑色的氧化钼，钼丝的直径为250微米，长度为20米左右，整卷线轴的钼丝都已经转化为黑色的氧化钼/钼复合丝，说明阳极氧化均匀，效果很好。图3为本专利技术实例制得的氧化钼/钼芯鞘结构复合丝的SEM和TEM照片。氧化钼是一种多孔状的氧化钼。随着阳极氧化时间的增加，表面容易产生开裂现象。图3可以看到本专利技术实例制得的氧化钼/钼芯鞘结构复合丝的表面具有钼元素、氧元素和碳元素。上述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不对本专利技术起到任何限制作用。任何所属
的技术人员，在不脱离本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化钼/钼芯鞘结构复合丝储能电极材料，其特征在于，通过在钼丝表面原位生成一层活性的氧化钼层，形成氧化钼/钼芯鞘结构复合丝。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化钼/钼芯鞘结构复合丝储能电极材料，其特征在于，通过在钼丝表面原位生成一层活性的氧化钼层，形成氧化钼/钼芯鞘结构复合丝。


2.根据权利要求1所述的氧化钼/钼芯鞘结构复合丝储能电极材料，其特征在于，以草酸和氟化氨的水溶液为电解液，将所述钼丝固定在阳极上，以铂为阴极，使得阳极氧化1-50小时从而在所述钼丝表面原位生成一层活性的氧化钼层。


3.一种纤维状的超级电容器的制备方法，使用如权利要求1-2中任意一项所述的氧化钼/钼芯鞘结构复合丝储能电极材料，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：取一截钼丝，分别用丙酮、洗涤液、清水进行清洗；
步骤2：以草酸和氟化氨的水溶液为电解液，将钼丝固定在阳极上，以铂为对电极，通电后，阳极氧化1-50小时，形成氧化钼/钼芯鞘结构复合丝电极；
步骤3：将所述氧化钼/钼芯鞘结构复合丝电极分别用水和乙醇清洗干净，并且烘干；
步骤4：以1M的硫酸或磷酸/PVA为固态电解质，分别涂抹在所述氧化钼/钼芯鞘...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛裕华，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31