本发明专利技术属于超级电容器技术领域，具体涉及一种ZnS
【技术实现步骤摘要】
一种ZnS-FeCo2S4/多孔碳纤维柔性超级电容器电极材料及其制备
[0001]本专利技术属于超级电容器
，具体涉及一种ZnS-FeCo2S4/多孔碳纤维柔性超级电容器电极材料及其制备。
技术介绍
[0002]超级电容器是一种性能介于平板电容器和电池之间的储能装置，它除了极高的功率密度外，还具有快速充放电、循环寿命长、安全等优点。根据储能机理的差异，分为双电层电容器和赝电容电容器。双电层电容器储能主要是来源于电解液中的阴阳离子在电极材料和电解液的界面分离而形成双电层；赝电容电容器主要是由于在电极材料表面发生的法拉第氧化还原反应。
[0003]由于智能可穿戴技术的发展使得柔性电子技术同样有了极大的进步，二者又催生了柔性储能器件的研究和发展。柔性储能器件需要在受到外力作用所造成的机械变形，乃至动态变形等极端条件下，仍然可以保证对电子产品持续稳定的能量供应，同时还必须具有高的安全性和可靠性，高的功率密度和能量密度以及较长的循环寿命等基本性能，以此来满足不同场合下柔性电子产品的应用。
[0004]柔性超级电容器具有机械柔性好、功率密度高、循环寿命长、充放电速度快、重量轻、体积小、安全性高、电极材料和器件结构多样化等优点，基本满足小型柔性电子产品的要求。但是柔性超级电容器本身仍然具有能量密度过低，电压窗口小等缺点。
技术实现思路
[0005]针对现有柔性超级电容器比电容低、能量密度过低的技术缺陷，本专利技术提供一种ZnS-FeCo2S4/多孔碳纤维柔性超级电容器电极材料及其制备及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种ZnS-FeCo2S4/多孔碳纤维柔性超级电容器电极材料及其制备，包括以下步骤：
[0008]步骤一：将一定量的聚丙烯腈加入适量二甲基乙酰胺中超声8-10min，然后向溶液中加入适量的聚甲基丙烯酸甲酯，随后在50℃的水浴下搅拌12-16h得到纺丝溶液；随后把纺丝溶液转移至注射器中，在静电纺丝装置上以一定条件采用水平方式纺制纤维；再把得到的纤维膜放入55-60℃的真空烘箱中干燥24-30h；干燥后在280-290℃下预氧化1-2h，然后将产物在氮气气氛下以1300℃保温2h 碳化得到多孔纳米碳纤维。
[0009]步骤二：将一定量的Fe(NO3)3·
9H2O、Co(NO3)2·
6H2O、尿素和NH4F溶于去离子水中，室温下搅拌20-30min后向混合溶液中加入适量步骤一制备的多孔纳米碳纤维，并继续搅拌15-20min；随后把溶液转移至反应釜中在120-130℃的温度下反应24-28h，自然冷却至室温后将制得的样品用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，洗涤后在真空冷冻干燥机中冻干；然后将样品浸入Na2S
·
9H2O溶液中静置1-2h，随后把溶液放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160-180℃的温度下保温6-8h，反应结束后自然冷却至室温并再次用无水乙醇和去离
子水交替洗涤3 次，然后将样品放入60-70℃的真空干燥箱中保温15-18h，干燥后得到FeCo2S4/ 多孔碳纤维复合材料。
[0010]步骤三：将适量硫酸锌和FeCo2S4/多孔碳纤维先后加入去离子水中，超声 20-25min后滴入氨水将溶液的pH值调节至11左右，然后在75-80℃的水浴下向溶液内滴入一定浓度的Na2S
·
9H2O溶液，搅拌20-30min后静置老化2-3h，随后把溶液置于反应釜中在190-210℃下保温24-30h，然后自然冷却至室温并用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，样品在60-65℃的干燥箱中烘干得到ZnS-FeCo2S4/ 多孔碳纤维柔性超级电容器电极材料。
[0011]所述步骤一中聚丙烯腈的添加量为1-1.5g，聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯质量比为10:1-13:1。
[0012]所述步骤二中Fe(NO3)3·
9H2O和碳纤维的质量比为0.6:1-0.71:1， Fe(NO3)3·
9H2O和Co(NO3)2·
6H2O的物质的量之比为1:2，Fe(NO3)3·
9H2O和尿素的物质的量之比为1:5-1:6，Fe(NO3)3·
9H2O和NH4F的物质的量之比为1:4-1:5。
[0013]所述步骤三中硫酸锌和碳纤维的质量比为0.2:1-0.32:1，硫酸锌和Na2S
·
9H2O 的质量比为1:1.49-1:2.23。
[0014]优选地，所述步骤一中聚丙烯腈的二甲基乙酰胺溶液的浓度为10wt；纤维膜预氧化和后续样品碳化的管式炉升温速度均为5℃/min。
[0015]优选地，所述步骤一中纺丝时纺丝电压为18kV，接收距离为18-20cm，注射器推进速率为1mL/h，环境湿度为30％R.H.，环境温度为27℃。
[0016]优选地，所述步骤二中Fe(NO3)3·
9H2O在去离子水中的浓度为0.01g/ml； Fe(NO3)3·
9H2O和Na2S
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9H2O的物质的量之比为1:5-1:6；Na2S
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9H2O在溶液中的浓度为0.2mol/L。
[0017]优选地，所述步骤三中硫酸锌在去离子水中的浓度为0.01g/ml，Na2S
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9H2O 在溶液中的浓度为0.05g/ml。
[0018]本专利技术还提供另一技术方案，上述方法制备得到的ZnS-FeCo2S4/多孔碳纤维柔性超级电容器电极材料，其中FeCo2S4在多孔碳纤维上的负载量为45-53wt％， ZnS多孔碳纤维上的负载量为12-19wt％。
[0019]本专利技术的另一方面提供上述ZnS-FeCo2S4/多孔碳纤维柔性超级电容器电极材料的制备方法制备得到的电容器电极。
[0020]有益效果：
[0021](1)复合材料的基体为碳纤维，它是多孔结构，具有高的比表面积和优选的导电能力。
[0022](2)FeCo2S4负载在碳纤维上后一方面可以防止其团聚行为，提高它的比表面积，有效地增加了FeCo2S4材料的法拉第反应的活性位；另一方面可以增加活性物质负载量，提高电极的比容量；还能增大FeCo2S4中活性位点的暴露程度，充分发挥复合材料的电化学性能，提高其循环稳定。
[0023](3)ZnS在复合材料中一定程度上可以起到提高比容量的作用，而且在ZnS 和FeCo2S4的复合可以使两者都暴露出更多的活性位点，增大作为储能主体的 ZnS-FeCo2S4的能量密度，有效的提高了以本专利技术所述电极制得的柔性超级电容器的实用效果。
附图说明
[0024]图1为实施例1的X射线衍射图；
[0025]图2是实施例1和对比例1的CV曲线图。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种ZnS-FeCo2S4/多孔碳纤维柔性超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将聚丙烯腈加入二甲基乙酰胺中超声8-10min，然后向溶液中加入聚甲基丙烯酸甲酯，随后在50℃的水浴下搅拌12-16h得到纺丝溶液；随后把纺丝溶液转移至注射器中，在静电纺丝装置上纺制纤维；再把得到的纤维膜放入55-60℃的真空烘箱中干燥24-30h；干燥后在280-290℃下预氧化1-2h，然后将产物在氮气气氛下以1300℃保温2h碳化得到多孔纳米碳纤维；步骤二：将Fe(NO3)3·
9H2O、Co(NO3)2·
6H2O、尿素和NH4F溶于去离子水中，室温下搅拌20-30min后向混合溶液中加入步骤一制备的多孔纳米碳纤维，并继续搅拌15-20min；随后把溶液转移至反应釜中在120-130℃的温度下反应24-28h，自然冷却至室温后将制得的样品用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，洗涤后在真空冷冻干燥机中冻干；然后将样品浸入Na2S
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9H2O溶液中静置1-2h，随后把溶液放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160-180℃的温度下保温6-8h，反应结束后自然冷却至室温并再次用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，然后将样品放入60-70℃的真空干燥箱中保温15-18h，干燥后得到FeCo2S4/多孔碳纤维复合材料；步骤三：将硫酸锌和FeCo2S4/多孔碳纤维先后加入去离子水中，超声20-25min后滴入氨水将溶液的pH值调节至11左右，然后在75-80℃的水浴下向溶液内滴入一定浓度的Na2S
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9H2O溶液，搅拌20-30min后静置老化2-3h，随后把溶液置于反应釜中在190-210℃下保温24-30h，然后自然冷却至室温并用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，样品在60-65℃的干燥箱中烘干得到ZnS-FeCo2S4/多孔碳纤维柔性超级电容器电极材料。2.根据权利要求1所述的一种ZnS-FeCo2S4/多孔碳纤维柔性超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中聚丙烯腈的添加量为1-1.5g，聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯质量比为10:1-13:...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭绍香，马光伟，
申请(专利权)人：郭绍香，
类型：发明
国别省市：
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