一种α-MoO3纳米带、制备方法及其在质子电池中的储能应用技术

本发明专利技术涉及到一种α

【技术实现步骤摘要】
一种
α
‑
MoO3纳米带、制备方法及其在质子电池中的储能应用


[0001]本专利技术属于质子电池
，更具体地，涉及到一种α
‑
MoO3纳米带、制备方法及其在质子电池中的储能应用。

技术介绍

[0002]为了解决现如今能源紧缺的问题和满足人类对能源的需要，开发高能量密度、高功率密度以及长循环寿命的电化学储能体系有重要的意义。而电化学储能设备的高性能发挥高度依赖于其电极材料，而电极材料又依赖于载流子的选择。因此，探索具有先进电化学性能的新型电极材料和合适的载流子是发展高能量密度、高功率密度以及长循环寿命的电化学储能体系的关键。理想的载流子需要较低的相对原子质量、较强的电子增益和电子损耗能力以及较高的电子传递比。质子(H
+
)被认为是一种理想的载流子，质子电池因质子半径小、离子迁移率高、成本低而受到广泛的关注。虽然碱金属离子(如Li
+
、Na
+
和K
+
)已被证明是可充电电池中的有效载流子，但是在水系电池中碱金属离子与水结合形成的更大尺寸的水合金属离子()在电极材料中的嵌入/脱嵌过程中更加困难。特别是在高电流密度时，反应动力学变得迟缓，导致了较低的功率密度。此外，由于较大的金属电荷量往往会导致电极材料产生裂纹或粉末化，因此循环稳定性仍不理想。最小离子半径以及高离子电导率的质子作为载流子(水合氢离子：H3O
+
、约)将拥有其它金属离子所没有的优势，但是酸性电解液容易破坏电极材料的结构，导致较差的循环性能。所以尽管质子电池具有其独特性，但在酸性电解质中储存质子的电极材料的探索却相当有限。因此，探索性能优异的质子电池的电极材料，将有利于充分发挥质子电池优秀的电化学性能以及发展质子电池的实际应用。
[0003]MoO3作为一种广泛应用于碱金属电池的法拉第电极材料，被认为适合质子电池电极，并显示出超快的质子存储性能。然而，MoO3的本征电子导电性低，电化学活性位点有限，反应比表面积不足，反应动力学迟钝，严重影响了其在质子存储中的电化学性能，导致其比容量较低，容量衰减较快。为了改善MoO3的电化学性能，人们提出了不同的策略，例如与其他金属材料复合的方法，但由于存在溶解问题，不适合在酸性电解质中使用；与炭材料复合的方法，但需要多个制备步骤，增加了制备成本。因此，通过简单的工艺制备出具有高导电性和在酸性电解质中结构稳定的新型MoO3电极材料，将为指导质子电池电极材料的开发和实现质子电池的实际应用提供很好的实验基础。

技术实现思路

[0004]针对现有水系质子电池的以上问题或改进需求，本专利技术的目的在于提供简易的α
‑
MoO3纳米带的制备方法，将MoO3纳米颗粒进行水热反应即得到α
‑
MoO3纳米带，由此解决目前水系质子电池中电极材料容易溶解、循环稳定性差等问题，进一步提高水系质子电池的电化学性能实现优异的倍率性能、高能量密度以及长循环稳定性。
[0005]根据本专利技术第一方面，提供了一种α
‑
MoO3纳米带的制备方法，将MoO3纳米颗粒作为
前驱体均匀分散于去离子水中，所述MoO3纳米颗粒的尺寸为100nm
‑
200nm；将分散液进行水热反应，所述水热反应的温度为120℃
‑
160℃，时间为1h～24h；然后将水热产物冷却后洗涤再干燥，即得到α
‑
MoO3纳米带。
[0006]优选地，步骤(1)中所述MoO3纳米颗粒为单斜相和正交相的两相混合纳米颗粒。
[0007]根据本专利技术另一方面，提供了所述方法制备得到的α
‑
MoO3纳米带，所述纳米带含有氧空位。
[0008]优选地，所述纳米带的长度为2μm～5μm。
[0009]优选地，所述纳米带的宽度为200nm～600nm。
[0010]根据本专利技术另一方面，提供了任意一项所述的α
‑
MoO3纳米带作为水系质子电池电极材料的应用。
[0011]优选地，所述应用具体为：将α
‑
MoO3纳米带作为活性物质与炭黑和聚偏二氟乙烯混合均匀，得到混合物，然后将N
‑
甲基吡咯烷酮滴加到所述混合物中，再滴涂到钛片上，然后烘干，即得到α
‑
MoO3作为电极材料的水系质子电池电极片。
[0012]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0013](1)本专利技术方法制备的α
‑
MoO3电极，在电流密度为1A g
‑1时，比电容高达285.3mAh g
‑1。当电流密度增加50倍时，电极的初始容量仍可保留75％。经过23000次循环后，本专利技术方法制备的α
‑
MoO3电极仍能保持其原有容量、纳米带形态和晶体结构。
[0014](2)本专利技术方法制备的α
‑
MoO3纳米带制备方法仅需要对MoO3纳米颗粒进行一步水热反应，便可以将形貌改变为纳米带，减少团聚问题，缩短了水合氢离子的扩散路径，增加了电极材料的比表面积，缓解循环过程中电极材料的体积膨胀，有利于电化学性能的提高。
[0015](3)本专利技术方法制备的α
‑
MoO3纳米带由于其纳米带的形貌，具有丰富的氧空位、更大的层间间距、更好的电导率和离子扩散率，能提高水系质子电池的电化学性能。
[0016](4)本专利技术方法制备的α
‑
MoO3纳米带制备方法中原材料廉价易得，反应条件温和，反应时间短、成本低廉、毒性小、简单易行、并且无模板和表面活性剂，以水作为反应溶剂。
附图说明
[0017]图1为实施例1原始的MoO3纳米颗粒和水热法制备的α
‑
MoO3纳米带的X射线衍射图。
[0018]图2为实施例1生成的α
‑
MoO3纳米带的扫描电镜图。
[0019]图3为实施例1生成的α
‑
MoO3纳米带的透射电镜图。
[0020]图4为实施例1生成的α
‑
MoO3纳米带作为质子电池电极在不同电压扫速下的循环伏安曲线图。
[0021]图5为实施例1生成的α
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MoO3纳米带作为质子电池电极在不同电流密度下的恒流充放电曲线图。
[0022]图6为实施例1生成的α
‑
MoO3纳米带作为质子电池电极的循环稳定性测试图。
[0023]图7为实施例2生成的α
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MoO3纳米带的扫描电镜图。
[0024]图8为实施例2生成的α
‑
MoO3纳米带作为质子电池电极在不同电流密度下的恒流充放电曲线图。
[0025]图9为实施例3生成的α
‑
MoO3纳米带的扫描电镜图。
[0026]图10为实施例3生成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种α
‑
MoO3纳米带的制备方法，其特征在于，将MoO3纳米颗粒作为前驱体均匀分散于去离子水中，所述MoO3纳米颗粒的尺寸为100nm
‑
200nm；将分散液进行水热反应，所述水热反应的温度为120℃
‑
160℃，时间为1h～24h；然后将水热产物冷却后洗涤再干燥，即得到α
‑
MoO3纳米带。2.如权利要求1所述的α
‑
MoO3纳米带的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述MoO3纳米颗粒为单斜相和正交相的两相混合纳米颗粒。3.如权利要求1或2所述方法制备得到的α
‑
MoO3纳米带，其特征在于，所述纳米带含有氧空位。4.如权利要求3所述的α...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智，郑一帆，高义华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：