【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超级电容器电极材料制备，具体涉及一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料及其制备方法。
技术介绍
1、当今，能源短缺和环境问题日益严重，急需高性能的能源存储与转换装置。在众多存储与转换装置之中，超级电容器因其独特的电化学性能显现出优异的存储性能，如快速充放电、长循环寿命、环境友好性等。但是，超级电容器低的能量存储性能一直限制其商业化应用。当前研究发现，超级电容器的能量存储取决于电极材料，因此，设计与构建合理的超级电容器电极材料是提高其存储性能的有效方法。
2、过渡金属硫化物(co9s8、mos2等)因其高的理论电容、丰富的活性位点等特性，作为超级电容器电极材料引起了广泛关注。然而，过渡金属硫化物用作超级电容器电极材料时，电子导电性低、结构稳定性差。为了提高过渡金属硫化物的导电性，研究者尝试了很多方法，比如，对过渡金属硫化物采用离子掺杂，复合碳基材料等处理方法用以提高其导电性。其中，离子掺杂(p、n、b等)过渡金属硫化物呈现出高的电子导电性，利用离子掺杂技术来提高过渡金属硫化物电极材料的能量存储是行之有效的方法，但是，过渡金属硫化物差的结构稳定性仍是限制超级电容器能量存储的关键问题。
3、电极材料的结构是影响超级电容器能量存储的关键因素。现今，超级电容器电极材料的结构包括球型、纳米片、棒状等。中空结构因能够缓解电化学反应所引起的体积与应力变化被视为十分有潜力的电极材料结构，此外，中空结构还能够增大电解液与电极材料的接触面积，在电化学反应过程中促进电子传输，利于超级电容器的能量存储与转换。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料及其制备方法，以泡沫镍(nf)为集流体，经水化-硫化-磷掺杂处理方法，制备出一种具有高导电性、高结构稳定性、高比表面积和高能量密度的超级电容器电极材料。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法，包括如下步骤：
4、步骤1：泡沫镍预处理；
5、裁剪泡沫镍，清洗去除杂质并干燥，得到泡沫镍基底，简称nf；
6、步骤2：水化制备co(oh)f-nf前驱体
7、将钴盐、氟源和促进剂搅拌溶解后，移入反应釜，通过水热反应在泡沫镍上原位生长co(oh)f，反应完成后洗涤、干燥，得到co(oh)f-nf前驱体；
8、步骤3：硫化制备co9s8-nf
9、搅拌溶解硫源，移入反应釜，并加入步骤2中co(oh)f-nf前驱体，硫化反应后洗涤、干燥，得到co9s8-nf；
10、步骤4：磷掺杂制备p-co9s8-nf
11、将步骤3中co9s8-nf与磷源在惰性气体保护下共同焙烧，得到p-co9s8-nf。
12、进一步地，co(oh)f-nf前驱体为刺球状结构，co9s8-nf、p-co9s8-nf为中空刺球状结构。
13、进一步地，所述步骤1中，裁剪泡沫镍呈圆片形状，依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中进行超声波清洗，置于烘箱中干燥。
14、进一步地，所述步骤2中，钴盐为co(no3)2·6h2o，氟源为nh4f，促进剂为ch4n2o，co(no3)2·6h2o、nh4f和ch4n2o的质量比为(2-4):1:(2-4)；
15、所述步骤2中水热反应温度为110℃-130℃，反应时间为6h-9h。
16、进一步地，所述步骤3中，硫源为ch3csnh2或ch4n2s，溶解硫源的溶剂为无水乙醇或去离子水；
17、所述步骤3中，硫化反应温度为105℃-135℃，反应时间为4h-12h。
18、进一步地，所述步骤4中，磷源为nah2po2·h2o或(nh4)2hpo4；
19、所述步骤4中，使用管式炉进行焙烧，升温速率为2℃/min-5℃/min，升温至300℃-350℃，保温0.5h-1.5h。
20、本专利技术还提供一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料，采用所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法进行制备。
21、本专利技术提供一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料在超级电容器中的应用。
22、所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料在超级电容器中的应用，电化学性能测试采用三电极体系，工作电极为p-co9s8-nf材料，对电极为铂片，参比电极为甘汞电极，电解液为koh。
23、进一步地，所述电解液浓度为1mol/l-6mol/l。
24、本专利技术的优点与效果：
25、本专利技术所制备的中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料可在超级电容器电极材料方面产生较好的应用价值与前景。本专利技术以nf为集流体，采用水化-硫化-p掺杂的方法制备了中空刺球状超级电容器电极材料，其中，以nf为集流体，利于电极材料的分散，避免电极材料因堆积导致离子传输效率低的问题；p-co9s8-nf的合成方法简单，易于合成，p-co9s8-nf所形成的中空结构能够缓解因电化学反应所引起的体积和应力变化，增大电解液与电极材料的接触面积，提高了电极材料的稳定性；p元素的引入提高了电极材料的导电性，利于电子的传输，p-co9s8-nf结构有效协同能够有效提高超级电容器的储能性能；这种p掺杂中空刺球状co9s8超级电容器电极材料制备过程简单，易实现，制备成本低，能够为超级电容器高导电性、高结构稳定性、高能量存储电极材料的制备奠定技术支撑。
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1.一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法，其特征在于，Co(OH)F-NF前驱体为刺球状结构，Co9S8-NF、P-Co9S8-NF为中空刺球状结构。
3.根据权利要求1所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，裁剪泡沫镍呈圆片形状，依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中进行超声波清洗，置于烘箱中干燥。
4.根据权利要求1所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，钴盐为Co(NO3)2·6H2O，氟源为NH4F，促进剂为CH4N2O，Co(NO3)2·6H2O、NH4F和CH4N2O的质量比(2-4):1:(2-4)；水热反应温度为110℃-130℃，反应时间为6h-9h。
5.根据权利要求1所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，硫源为CH3CSNH2或CH4N2S，溶解硫源的溶
6.根据权利要求1所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，磷源为NaH2PO2·H2O或(NH4)2HPO4；使用管式炉进行焙烧，升温速率为2℃/min-5℃/min，升温至300℃-350℃，保温0.5h-1.5h。
7.一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料，其特征在于，使用权利要求1-6任一项所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法进行制备。
8.权利要求7所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料在超级电容器中的应用。
9.根据权利要求8所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料在超级电容器中的应用，其特征在于，电化学性能测试采用三电极体系，工作电极为P-Co9S8-NF材料，对电极为铂片，参比电极为甘汞电极，电解液为KOH。
10.根据权利要求9所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料在超级电容器中的应用，其特征在于，所述电解液浓度为1mol/L-6mol/L。
...【技术特征摘要】
1.一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法，其特征在于，co(oh)f-nf前驱体为刺球状结构，co9s8-nf、p-co9s8-nf为中空刺球状结构。
3.根据权利要求1所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，裁剪泡沫镍呈圆片形状，依次置于丙酮、无水乙醇、去离子水中进行超声波清洗，置于烘箱中干燥。
4.根据权利要求1所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，钴盐为co(no3)2·6h2o，氟源为nh4f，促进剂为ch4n2o，co(no3)2·6h2o、nh4f和ch4n2o的质量比(2-4):1:(2-4)；水热反应温度为110℃-130℃，反应时间为6h-9h。
5.根据权利要求1所述一种中空刺球状磷掺杂八硫化九钴/泡沫镍电极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，硫源为ch3csnh2或ch4n2s，溶解硫源的溶剂为无水乙醇或去离...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋文伟，李昱材，侯锦秋，张代乐，
申请(专利权)人：沈阳工程学院，
类型：发明
国别省市：
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