一种不对称超级电容器电极的制备方法技术

一种不对称超级电容器电极的制备方法，通过原位生长法制备了ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种不对称超级电容器电极的制备方法


[0001]本专利技术涉及电子工业
，尤其涉及一种不对称超级电容器电极的制备方法。

技术介绍

[0002]随着可再生能源的开发和利用，迫切需要高效的储能装置。在各种电化学能量转换和储存技术中，电化学超级电容器(SCs)具有快速充放电能力，优异的循环稳定性以及高功率密度已被广泛用于电能存储技术中。SCs根据能量存储机制分为双电层电容器和赝电容器。赝电容器是用于电能存储装置的重要类型的电化学电容器，其通过表面法拉第反应来存储能量。此外，赝电容器比传统的双电层电容器(EDLCs)具有更高的比电容，传统的双电层电容器的机制基于双层离子吸附。然而，合理设计具有高性能的独特电极材料仍然是一个巨大的挑战。
[0003]过渡金属氧化物被认为是赝电容器电极材料最有潜力的候选人之一，因为它们具有理想的高比容量和潜在的氧化还原位点。然而，低电化学稳定性和电子传导性是这些材料的两个主要障碍，这导致较低的速率能力。最近，许多努力致力于满足赝电容器电极材料的稳定性和导电性问题的挑战，并且所得结果表明，过渡金属硫化物(TMS)具有比对应氧化物更高的电化学性能和优异的导电性。此外，TMS中异金属离子的协同效应增强了电极材料的电荷转移，从而提高了电极材料的固有电导率，这有助于提高倍率性能。总而言之，双金属硫化物的电化学贡献可以提供更丰富的氧化还原反应，导致比单组分硫化物更突出的比电容。先进的碳基材料由于其大表面积，高导电性和稳定性的内在特性，有利于提高电极材料的导电性。因此，如何结合上述两者的优良特性开发出一种具体突出的比电容且具有优良导电性的电极材料是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种不对称超级电容器电极的制备方法，通过原位生长法制备了ZIF
‑
8/CNT复合材料，并通过离子交换法优化合成了钴掺杂的ZIF
‑
8/CNT，最后以此为模板制备了ZnCoS/CNT复合材料并以此作为电极的正极材料，该正极材料结合了双金属硫化物和CNT的优点，具有大的比表面积和特殊的导电网络结构；以1,3,5
‑
苯三甲酸为配体，Fe作为金属离子合成了Fe
‑
MOF/CNT复合材料，并将其在氮气氛围中高温碳化制备的Fe2O3/CNT并以此作为电极的负极材料，该负极材料具有孔径可调控和良好热稳定性，最终将ZnCoS/CNT作为正电极、Fe2O3/CNT作为负电极组装成的不对称型超级电容器兼具突出的比电容和优良导电性。
[0005]本专利技术通过以下技术方案来解决上述技术问题：
[0006]一种不对称超级电容器电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]步骤1、正极材料制备：通过原位生长法制备了ZIF
‑
8/CNT复合材料，并通过离子交换法优化合成了钴掺杂的ZIF
‑
8/CNT，最后以此为模板制备了ZnCoS/CNT复合材料；
[0008]步骤2、负极材料的制备：以1,3,5
‑
苯三甲酸为配体，Fe作为金属离子合成了Fe
‑
MOF/CNT复合材料，并将其在氮气氛围中高温碳化制备的Fe2O3/CNT；
[0009]步骤3、超级电容器电极制备：首先将上述步骤1的正极材料或步骤2的负极材料和活性炭混合，加入粘结剂将其粘结于泡沫镍集流体上，干燥后得到单个超级电容器电极。
[0010]作为本专利技术的优选方案，本专利技术的实施例提供的一种不对称超级电容器电极的制备方法进一步包括以下技术特征的部分或全部：
[0011]优选地，所述步骤1正极材料制备具体包括如下步骤：
[0012]步骤1.1、ZIF
‑8‑
CNT的制备：将0.1g Zn(NO3)2溶解于50mL甲醇溶液中，记做溶液A；另取0.1g 2
‑
甲基咪唑，20mg CNT于50mL无水甲醇中，记做溶液B；将溶液A倒入溶液B中，混合均匀后，常温放置24h，离心，干燥得ZIF
‑8‑
CNT粉末；
[0013]步骤1.2、ZIF
‑8‑
Co
‑
CNT的制备：取0.05g ZIF
‑8‑
CNT溶解于Co(NO3)2的溶液中，超声20mins，室温放置6h进行离子交换，最后离心，水洗三次，干燥得到ZIF
‑8‑
Co
‑
CNT；
[0014]步骤1.3、ZnCoS
‑
CNT复合材料的制备：取步骤1.2制备好的ZIF
‑8‑
Co/CNT于50mL 0.5M的硫代乙酰胺溶液中，超声0.5h后，置于反应釜中，150℃反应2h。反应结束降至室温后，离心水洗三次，干燥得ZnCoS
‑
CNT。
[0015]优选地，所述步骤1.2，ZIF
‑8‑
Co
‑
CNT的制备过程中，分别取0.05g ZIF
‑8‑
CNT溶解于浓度为0.5M和1M的Co(NO3)2的溶液中，得到的ZIF
‑8‑
Co
‑
CNT分别将Co(NO3)2浓度为0.5M的记做ZIF
‑8‑
Co
‑
1/CNT，1M的记做ZIF
‑8‑
Co
‑
2/CNT。
[0016]其中，当所述步骤1.2，Co(NO3)2的溶液为0.5M时，所述步骤1.3，具体操作为：取0.02g步骤1.2中得到的ZIF
‑8‑
Co
‑
1/CNT于50mL 0.5M的硫代乙酰胺溶液中，超声0.5h后，置于反应釜中，150℃反应2h，反应结束降至室温后，离心水洗三次，干燥得ZnCoS
‑
CNT
‑
1。
[0017]而当所述步骤1.2，Co(NO3)2的溶液为1M时，所述步骤1.3，具体操作为：取0.02g步骤1.2中得到的ZIF
‑8‑
Co
‑
2/CNT于50mL 0.5M的硫代乙酰胺溶液中，超声0.5h后，置于反应釜中，150℃反应2h，反应结束降至室温后，离心水洗三次，干燥得ZnCoS
‑
CNT
‑
2。
[0018]优选地，所述步骤2负极材料的制备具体包括如下步骤：
[0019]步骤2.1、Fe
‑
MOF
‑
CNT复合材料的制备：取1.6g FeCl3，0.991g间苯三甲酸，50mg CNT溶于100ml DMF溶液中；混合均匀后在微波反应器中用500W的功率微波反应10min，然后用溶剂热法在反应釜中150℃反应2h；最后离心，用DMF水洗三次，干燥的Fe
‑
MOF
‑
CNT黄色粉末；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不对称超级电容器电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、正极材料制备：通过原位生长法制备了ZIF
‑
8/CNT复合材料，并通过离子交换法优化合成了钴掺杂的ZIF
‑
8/CNT，最后以此为模板制备了ZnCoS/CNT复合材料；步骤2、负极材料的制备：以1,3,5
‑
苯三甲酸为配体，Fe作为金属离子合成了Fe
‑
MOF/CNT复合材料，并将其在氮气氛围中高温碳化制备的Fe2O3/CNT；步骤3、超级电容器电极制备：首先将上述步骤1的正极材料或步骤2的负极材料和活性炭混合，加入粘结剂将其粘结于泡沫镍集流体上，干燥后得到单个超级电容器电极。2.根据权利要求1所述的不对称超级电容器电极的制备方法，其特征在于，所述步骤1正极材料制备具体包括如下步骤：步骤1.1、ZIF
‑8‑
CNT的制备：将0.1g Zn(NO3)2溶解于50mL甲醇溶液中，记做溶液A；另取0.1g 2
‑
甲基咪唑，20mg CNT于50mL无水甲醇中，记做溶液B；将溶液A倒入溶液B中，混合均匀后，常温放置24h，离心，干燥得ZIF
‑8‑
CNT粉末；步骤1.2、ZIF
‑8‑
Co
‑
CNT的制备：取0.05g ZIF
‑8‑
CNT溶解于Co(NO3)2的溶液中，超声20mins，室温放置6h进行离子交换，最后离心，水洗三次，干燥得到ZIF
‑8‑
Co
‑
CNT；步骤1.3、ZnCoS
‑
CNT复合材料的制备：取步骤1.2制备好的ZIF
‑8‑
Co/CNT于50mL 0.5M的硫代乙酰胺溶液中，超声0.5h后，置于反应釜中，150℃反应2h。反应结束降至室温后，离心水洗三次，干燥得ZnCoS
‑
CNT。3.根据权利要求2所述的不对称超级电容器电极的制备方法，其特征在于：所述步骤1.2，ZIF
‑8‑
Co
‑
CNT的制备过程中，分别取0.05g ZIF
‑8‑
CNT溶解于浓度为0.5M和1M的Co(NO3)2的溶液中，得到的ZIF
‑8‑
Co
‑
CNT分别将Co(NO3)2浓度为0.5M的记做ZIF
‑8‑
Co
‑
1/CNT，1M的记做ZIF
‑8‑
Co
‑
2/CNT。4.根据权利要求3所述的不对称超级电容器电极的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，柯静萍，聂建华，吴镇艺，钟晓娜，
申请(专利权)人：中山职业技术学院，
类型：发明
国别省市：