一种基于过渡金属化合物的叉指微型超级电容器制备方法技术

本发明专利技术涉及微型储能器件领域，旨在提供一种基于过渡金属化合物的叉指微型超级电容器制备方法。该方法包括：以导电Au/PET叉指基底中的一指作为工作电极进行电沉积，原位制备锰钴双氢氧化物纳米片基体，在此基础上进一步进行电沉积，得到锰钴双氢氧化物

【技术实现步骤摘要】
一种基于过渡金属化合物的叉指微型超级电容器制备方法


[0001]本专利技术涉及微型储能器件领域，具体涉及一种以锰钴双氢氧化物
‑
镍钴磷酸盐复合材料为正极材料，氢氧化氧铁为负极材料的叉指型微型超级电容器的制备。

技术介绍

[0002]平面微型叉指电容器有着能在短时间内释放强大电流的能力，被认为是微型电池的有力补充，同时其平面二维微型化、柔性化的结构与现代微电子工业很好的适配，因此这类新型储能器件被认为有着广阔的发展前景。
[0003]能量密度是衡量叉指电容器性能的主要因素，根据公式E＝1/2CV2，获得高能量密度的叉指电容器主要有两种途径：(一)选用高性能电极材料如过渡金属化合物，提升电容C，(二)正负极合理选用不同电极材料，构建非对称结构提升工作电压V。
[0004]叉指电容器的传统制备方法包括喷墨打印法、丝网印刷法等，通过将电极材料制成浆料喷涂或印刷在基底平面形成指状交叉的形状。但由于这类方法难以获得非对称结构，且浆料化在一定程度上会造成电极材料电容的损失，因此制备得到的叉指电容器能量密度一般不高。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于过渡金属化合物的叉指微型超级电容器制备方法。通过将高性能过渡金属化合物用于叉指电容器的制备，并合理构建非对称结构以获得高能量密度。
[0006]为解决技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]提供一种基于过渡金属化合物电极材料的叉指电容器制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)锰钴双氢氧化物纳米片基体的原位制备
[0009]按照摩尔比1∶1取六水合硝酸钴和四水合硝酸锰，一并加入去离子水中，充分搅拌溶解后作为电解液一；以导电Au/PET叉指基底中的一指作为工作电极，并以Ag/AgCl电极作为参比电极、Pt片电极作为对电极进行电沉积处理；电沉积结束后将叉指基底取出，清洗并干燥处理，在工作电极上得到锰钴双氢氧化物纳米片基体；
[0010](2)锰钴双氢氧化物
‑
镍钴磷酸盐复合正极材料的原位制备
[0011]按照摩尔比1∶1∶1取六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和次磷酸钠，一并加入去离子水中，充分搅拌溶解后作为电解液二；以叉指基底中已负载锰钴双氢氧化物纳米片的一指作为工作电极，并以Ag/AgCl电极作为参比电极、Pt片电极作为对电极进行电沉积处理；电沉积结束后将叉指基底取出，清洗并干燥处理，在工作电极上得到锰钴双氢氧化物
‑
镍钴磷酸盐复合正极材料；
[0012](3)氢氧化氧铁纳米片负极材料的原位制备
[0013]按照摩尔比1∶5取无水醋酸钠和硫酸亚铁铵，一并加入去离子水中，充分搅拌溶解后，再加入1mol/L的硫酸抑制Fe
2+
的水解；充分溶解后，加入过量还原铁粉，调节至pH＝5，以
此混合溶液作为电解液三；以叉指基底中未生长正极材料的一指作为工作电极，以饱和甘汞电极作为参比电极、Pt片电极作为对电极进行电沉积；电沉积结束后将叉指基底取出，清洗并干燥处理，在工作电极上得到氢氧化氧铁纳米片负极材料；
[0014](4)叉指电容器的封装
[0015]导电Au/PET叉指基底的两指分别沉积了正极材料与负极材料，将其背面朝下用双面胶粘贴在PTFE薄膜中央；然后在叉指基底的正面均匀涂覆PVA
‑
KOH凝胶，待干燥后用另一片PTFE薄膜覆盖完成封装，获得叉指电容器。
[0016]作为本专利技术的优选方案，在步骤(1)中，所述的电沉积模式采用恒电位法，固定电压为
‑
1.1V，沉积时间为200～600s。
[0017]作为本专利技术的优选方案，在步骤(2)中，所述的电沉积模式采用循环伏安法，电压窗口范围为
‑
1.2V
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0.2V，电压扫速为5mV/s，循环扫描5～9次。
[0018]作为本专利技术的优选方案，在步骤(3)中，所述电沉积模式采用恒电位法，固定电压为0.8V，沉积时间为80～120min。
[0019]作为本专利技术的优选方案，所述步骤(4)中，PVA
‑
KOH凝胶根据下述方法制备获得：称取2g PVA
‑
1788颗粒加入20mL去离子水(DI)中，常温下搅拌1h使PVA颗粒充分溶胀；然后置于80℃的水浴中，继续搅拌1h使溶液澄清透明；最后边搅拌边往其中滴加10mL含有1.68g KOH的溶液，继续搅拌1h后取出，冷却备用。
[0020]作为本专利技术的优选方案，所述电解液一中，每100mL去离子水中加入2.5mmol六水合硝酸钴；所述电解液二中，每100mL去离子水中加入1mmol六水合硝酸钴；所述电解液三中，每245mL去离子水中加入10mmol无水醋酸钠。
[0021]作为本专利技术的优选方案，在步骤(3)中，每50mmol硫酸亚铁铵对应加入5mL 1mol/L的硫酸用于抑制Fe
2+
水解。
[0022]专利技术原理描述：
[0023]过渡金属化合物具有优良的电化学性能，是极有潜力的超级电容器电极材料。本专利技术通过原位电沉积法，在导电Au/PET叉指基底的两指上分别通过电沉积获得锰钴双氢氧化物
‑
镍钴磷酸盐复合材料正极材料以及氢氧化氧铁负极材料。通过非对称结构的构建和高性能电极材料的应用，本专利技术获得了具有大工作电压和高能量密度的叉指电容器。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0025]1、本专利技术的制备方法工艺简单、可操作性强，可在Au/PET叉指基底上直接生长出电极材料以构成叉指电容器的正负极，同时获得平面叉指状的宏观结构，因此在超级电容器领域中具有广阔的应用前景。
[0026]2、通过原位电沉积法可以获得具有独特三维纳米结构及优良电化学性能的过渡金属化合物电极材料，避免电极材料浆料化过程中的性能损失，并且可通过正负极的不同沉积实现非对称结构的构建，从两个维度提升叉指电容器的能量密度。
附图说明
[0027]图1为实施例2中所制备的锰钴双氢氧化物
‑
镍钴磷酸盐复合正极材料的SEM照片；
[0028]图2为实施例2中所制备的氢氧化氧铁负极材料的SEM照片；
[0029]图3为实施例2中所组装的叉指电容器的宏观照片；
[0030]图4为实施例2中所组装的叉指电容器在不同扫描速率下的循环伏安曲线；
[0031]图5为实施例2中所组装的叉指电容器在不同电流密度下的恒电流充放电曲线；
[0032]图6为实施例2中所组装的叉指电容器的循环寿命曲线；
[0033]图7为实施例2中组装的叉指电容器的能量密度
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功率密度曲线。
具体实施方式
[0034]下面结合实施例和对比例对本专利技术作进一步描述，实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于过渡金属化合物的叉指微型超级电容器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)锰钴双氢氧化物纳米片基体的原位制备按照摩尔比1∶1取六水合硝酸钴和四水合硝酸锰，一并加入去离子水中，充分搅拌溶解后作为电解液一；以导电Au/PET叉指基底中的一指作为工作电极，并以Ag/AgCl电极作为参比电极、Pt片电极作为对电极进行电沉积处理；电沉积结束后将叉指基底取出，清洗并干燥处理，在工作电极上得到锰钴双氢氧化物纳米片基体；(2)锰钴双氢氧化物
‑
镍钴磷酸盐复合正极材料的原位制备按照摩尔比1∶1∶1取六水合硝酸镍、六水合硝酸钴和次磷酸钠，一并加入去离子水中，充分搅拌溶解后作为电解液二；以叉指基底中已负载锰钴双氢氧化物纳米片的一指作为工作电极，并以Ag/AgCl电极作为参比电极、Pt片电极作为对电极进行电沉积处理；电沉积结束后将叉指基底取出，清洗并干燥处理，在工作电极上得到锰钴双氢氧化物
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镍钴磷酸盐复合正极材料；(3)氢氧化氧铁纳米片负极材料的原位制备按照摩尔比1∶5取无水醋酸钠和硫酸亚铁铵，一并加入去离子水中，充分搅拌溶解后，再加入1mol/L的硫酸抑制Fe
2+
的水解；充分溶解后，加入过量还原铁粉，调节至pH＝5，以此混合溶液作为电解液三；以叉指基底中未生长正极材料的一指作为工作电极，以饱和甘汞电极作为参比电极、Pt片电极作为对电极进行电沉积；电沉积结束后将叉指基底取出，清洗并干燥处理，在工作电极上得到氢氧化氧铁纳米片负极材料；(4)叉指电容器的封装导电Au/PET叉指基底的两指分别沉积了正极材料与负极材料，将其背面朝下用双面胶粘贴在PTFE薄膜中央；然后在叉指...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启龙，詹建辉，陶代文，杨辉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：