CN107134372A - 基于过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯与三氧化二铁/石墨烯的超级电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯与三氧化二铁/石墨烯的超级电容器，具体包括正极、负极、隔膜和电解液。正极材料为采用溶剂热方法制备的过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯（过渡金属硫化物/N‑rGO），负极材料为水热方法制备的三氧化二铁/石墨烯（Fe2O3/rGO），电解液为氢氧化钾溶液。将正极、负极、电解质和隔膜组装成非对称超级电容器。本发明制备工艺简单，操作方便，降低了制备非对称超级电容器的复杂性，适合大规模生产，所制备的非对称超级电容器具有优异的能量密度和功率密度，有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯与三氧化二铁/石墨烯的超级电容器的制备方法，采用过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯为正极材料，三氧化二铁/石墨烯为负极材料，经组装制得，具体属于电化学储能技术领域。
背景技术
超级电容器，也称为电化学电容器或超级电容，以其高功率密度、优异的倍率性能、快速充电/放电率、循环寿命长(> 100 000次)、机理简单、快速电荷输运和维护成本低等优点吸引了大量工业和学术界的关注。虽然大多数商用超级电容器的能量密度(小于10W h kg-1)远高于传统介质电容器，但仍然低于锂离子电池和燃料电池的能量密度。
能量和功率密度是评估超级电容器的电化学性能的两个关键参数。超级电容器的能量密度与实际的工作电压平方成正比。因此，拓宽工作电压窗口能有效提高超电容的能量密度。拓宽工作电压窗口的一个有效办法就是开发非对称超级电容器。非对称超级电容器是由两个不同的电极材料，一个正电极(赝电容)和一个负电极(双电层电容电极)组成，在一个体系中具有互补的电压窗口，可以将两个电极的操作电压结合起来，增大电压窗口，从而提高能量密度。公开号为CN 103366970A的中国专利公开了一种基于MnO2与Fe2O3纳米结构的柔性非对称超级电容器。但是该发明采用的是有机电解液，有机电解液存在成本高、易燃、毒性大、电导率低等缺点。公开号为CN 103824705A的中国专利公开了一种水系非对称超级电容器的制备方法。然而该发明中负极材料采用的是传统的活性炭材料，由于碳材料本身特征的制约，难以在比电容上有突破性的提高，从而限制了碳材料组装的超级电容器的能量密度。
到目前为止，还没有人报道过用过渡金属硫化物/N-rGO与Fe2O3/rGO的组装水系非对称超级电容器。最近的研究表明，过渡金属硫族化合物以其独特的物理化学，如导电率、机械和热稳定性以及可循环性成为非常有前景的超级电容器电极的备选材料。前期的研究表明过渡金属硫化物因其金属离子的多重价态也可以发生类似金属氧化物的氧化还原反应。而Fe2O3在水体系当中的析氢电位较高，也是非对称超级电容器负极材料的重要研究目标。将这两种材料组合起来，发挥各自优势，为制备新型非对称超级电容器提供了新的思路。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种基于过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯与三氧化二铁/石墨烯的超级电容器。
本发明基于过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯与三氧化二铁/石墨烯的超级电容器采用过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯为正极材料，三氧化二铁/石墨烯为负极材料，具体制备步骤如下：
(1)正极材料过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯的制备
采用溶剂热方法，按照10-15:12:1的质量比，将过渡金属盐、L-半胱氨酸和氧化石墨烯依次加入到N-N二甲基甲酰胺（DMF）中，形成混合溶液后转移至反应釜中；在180-220 ℃反应12-36h，其后通过离心分离收集的产物分别用无水乙醇和去离子水清洗2-3次后，再在80℃真空干燥12 h，得到正极材料过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯。
所述的过渡金属硫化物是Ni7S6、NiS、CoS或α-MnS中的一种。
（2）负极材料三氧化二铁/石墨烯的制备
采用水热方法，按照10:1:2的质量比，将三氯化铁、氧化石墨烯和尿素溶解分散到水中，形成混合溶液之后转移至反应釜中，在150-180 ℃反应12-36h，其后通过离心分离收集的产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤，再在60℃真空干燥12 h，得到负极材料三氧化二铁/石墨烯。
（3）电极的制备
将上述正极材料或负极材料分别与导电炭黑、粘接剂按比例混合均匀，再加入N-甲基吡咯烷酮形成浆料后均匀涂敷在干净的泡沫镍上，其后转入干燥箱中，在60℃下烘干12h，得到正极或负极。
所述的正极材料或负极材料、导电炭黑和粘接剂的质量比为8:1:1。
（4）制备电容器
以浓度为1~6mol/L的氢氧化钾溶液作为电解液，将正极、负极和隔膜组装成基于过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯与三氧化二铁/石墨烯的超级电容器。
所述的过渡金属盐包括镍、钴或锰的硝酸、乙酸或乙酰丙酮盐中的一种。
所述的粘接剂是聚偏氟乙烯。
本发明有益效果：
①本发明正极材料和负极材料采用一步法制备，工艺过程简便，降低了制备非对称超级电容器的复杂性，适合大规模生产。
②本发明将电化学性能优异的过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯（N-rGO）与三氧化二铁/石墨烯（Fe2O3/rGO）的优点结合起来，二者的协同作用可以提高电极的整体性能，所组装的水系非对称超级电容器，其工作电压窗口可以达到1.6V，能量密度可达49.9 W h kg-1。
附图说明
图1：本发明基于NiS/N-rGO与Fe2O3/rGO的超级电容器CV图;
图2：本发明基于α-MnS/N-rGO与Fe2O3/rGO的超级电容器能量-功率密度图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的阐述。但这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种NiS/N-rGO与Fe2O3/rGO的超级电容器。制备步骤包括：
（1）NiS/N-rGO的制备：质量比为10:12:1的硝酸镍、L-半胱氨酸和氧化石墨烯依次加入到DMF溶液中，形成混合溶液，之后将上述溶液转移至反应釜中，在180-220 oC反应12 -36h，通过离心分离的方法收集产物，用无水乙醇和去离子水清洗若干次，80 oC真空干燥12h得到NiS/N-rGO。
（2）Fe2O3/rGO的制备：将质量比为10:1:2的三氯化铁、氧化石墨烯和尿素溶解分散到一定量的水中，形成混合溶液之后转移至反应釜中，在150-180 ℃反应12-36h，其后通过离心分离收集的产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤，再在60℃真空干燥12 h，得到负极材料Fe2O3/rGO。
（3）NiS/N-rGO正极的制备：将NiS/N-rGO与导电炭黑、粘接剂按照8:1:1的质量比混合均匀，加入N-甲基吡咯烷酮形成浆料，将其均匀涂敷在干净的泡沫镍上，转入干燥箱中在60℃条件下烘干12h。
（4）Fe2O3/rGO的制备：将Fe2O3/rGO与导电炭黑、粘接剂按照8:1:1的质量比混合均匀，加入N-甲基吡咯烷酮形成浆料，将其均匀涂敷在干净的泡沫镍上，转入干燥箱中在60℃条件下烘干12h。
（5）以1 mol/L的氢氧化钾溶液作为电解液，将正极材料、负极材料和隔膜组装成NiS/N-rGO与Fe2O3/rGO超级电容器。该超级电容器的工作电压可达1.6 V，比电容可达112.7F g-1，能量密度可达40.1 W h kg-1。
实施例2
一种α-MnS/N-rGO与Fe2O3/rGO的超级电容器。其特征步骤包括：
（1）α-MnS/N-rGO的制备：将质量比为11.8:12:1的乙酸锰、L-半胱氨酸和氧化石墨烯依次加入到DMF溶液中，形成混合溶液，之后将上述溶液转移至反应釜中，在180-220 oC反应12 -36h，通过离心分离的方法收集产物，用无水乙醇和去离子水清洗若干次， 80 oC真空干燥12 h得到α-MnS/N-rGO。
（2）Fe2O3/rGO的制备：将质量比为10:1:2的三氯化铁、氧化石墨烯和尿素溶解分散到一定量的水中，形成混合溶液之后转移至反应釜中，在150-180 ℃反应12-36h，其后通过离心分离收集的产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤，再在60℃真空干燥12 h，得到负极材料Fe2O3/rGO。
（3）α-MnS/N-rGO正极的制备：将α-MnS/N-rGO与导电炭黑、粘接剂按照8:1:1的质量比混合均匀，加入N-甲基吡咯烷酮形成浆料，将其均匀涂敷在干净的泡沫镍上，转入干燥箱中在60℃条件下烘干12h。
（4）Fe2O3/rGO负极的制备：将质量比为10:1:2的三氯化铁、氧化石墨烯和尿素溶解分散到一定量的水中，形成混合溶液之后转移至反应釜中，在150-180 ℃反应12-36h，其后通过离心分离收集的产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤，再在60℃真空干燥12 h，得到负极材料Fe2O3/rGO。
（5）以3 mol/L的氢氧化钾溶液作为电解液，将正极材料、负极材料和隔膜组装成α-MnS/N-rGO与Fe2O3/rGO超级电容器。该非对称超级电容器的工作电压可达1.6 V，比电容可达140.6 F g-1，能量密度可达49.9 W h kg-1。
实施例3
一种Ni7S6/N-rGO与Fe2O3/rGO的超级电容器。其特征步骤包括：
（1）Ni7S6/N-rGO的制备：将质量比为12:12:1的乙酸镍、L-半胱氨酸和氧化石墨烯依次加入到DMF溶液中，形成混合溶液，之后将上述溶液转移至反应釜中，在180-220 oC反应12-36h，通过离心分离的方法收集产物，用无水乙醇和去离子水清洗若干次，80 oC真空干燥12 h得到Ni7S6/N-rGO。
（2）Fe2O3/rGO的制备：将质量比为10:1:2的三氯化铁、氧化石墨烯和尿素溶解分散到一定量的水中，形成混合溶液之后转移至反应釜中，在150-180 ℃反应12-36h，其后通过离心分离收集的产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤，再在60℃真空干燥12 h，得到负极材料Fe2O3/rGO。
（3）Ni7S6/N-rGO正极的制备：将Ni2S3/N-rGO与导电炭黑、粘接剂按8:1:1的质量比混合均匀，加入N-甲基吡咯烷酮形成浆料，将其均匀涂敷在干净的泡沫镍上，转入干燥箱中在60℃条件下烘干12h。
（4）Fe2O3/rGO负极的制备：将Fe2O3/rGO与导电炭黑、粘接剂按照8:1:1的质量比混合均匀，加入N-甲基吡咯烷酮形成浆料，将其均匀涂敷在干净的泡沫镍上，转入干燥箱中在60℃条件下烘干12h。
（5）以3 mol/L的氢氧化钾溶液作为电解液，将正极材料、负极材料和隔膜组装成Ni7S6/N-rGO与Fe2O3/rGO超级电容器。该非对称超级电容器的工作电压可达1.6 V，比电容可达96.9 F g-1，能量密度可达35.5 W h kg-1。
实施例4
一种CoS/N-rGO与Fe2O3/rGO的超级电容器。其特征步骤包括：
（1）CoS/N-rGO的制备：将质量比为15:12:1的乙酰丙酮钴、L-半胱氨酸和氧化石墨烯依次加入到DMF溶液中，形成混合溶液，之后将上述溶液转移至反应釜中，在180-220 oC反应12 -36h，通过离心分离的方法收集产物，用无水乙醇和去离子水清洗若干次，80 oC真空干燥12 h得到CoS /N-rGO。
（2）Fe2O3/rGO的制备：将质量比为10:1:2的三氯化铁、氧化石墨烯和尿素溶解分散到一定量的水中，形成混合溶液之后转移至反应釜中，在150-180 ℃反应12-36h，其后通过离心分离收集的产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤，再在60℃真空干燥12 h，得到负极材料Fe2O3/rGO。
（3）CoS/N-rGO正极的制备：将CoS/N-rGO与导电炭黑、粘接剂按8:1:1的质量比混合均匀，加入N-甲基吡咯烷酮形成浆料，将其均匀涂敷在干净的泡沫镍上，转入干燥箱中在60℃条件下烘干12h。
（4）Fe2O3/rGO负极的制备：将Fe2O3/rGO与导电炭黑、粘接剂按照8:1:1。的质量比混合均匀，加入N-甲基吡咯烷酮形成浆料，将其均匀涂敷在干净的泡沫镍上，转入干燥箱中在60℃条件下烘干12h。
（5）以6 mol/L的氢氧化钾溶液作为电解液，将正极材料、负极材料和隔膜组装成CoS/N-rGO与Fe2O3/rGO超级电容器。该非对称超级电容器的工作电压可达1.6 V，比电容可达86.5 F g-1，能量密度可达30.8 W h kg-1。
Claims (3)
1.基于过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯与三氧化二铁/石墨烯的超级电容器，其特征在于：所述的电容器采用过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯为正极材料，三氧化二铁/石墨烯为负极材料，具体制备步骤如下：
正极材料过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯的制备
采用溶剂热方法，按照10-15:12:1的质量比，将过渡金属盐、L-半胱氨酸和氧化石墨烯依次加入到N-N二甲基甲酰胺（DMF）中，形成混合溶液后转移至反应釜中；在180-220 ℃反应12-36h，其后通过离心分离收集的产物分别用无水乙醇和去离子水清洗2-3次后，再在80℃真空干燥12 h，得到正极材料过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯；
所述的过渡金属硫化物是Ni7S6、NiS、CoS或αMnS中的一种；
负极材料三氧化二铁/石墨烯的制备
采用水热方法，按照10:1:2的质量比，将三氯化铁、氧化石墨烯和尿素溶解分散到水中，形成混合溶液之后转移至反应釜中，在150-180 ℃反应12-36h，其后通过离心分离收集的产物分别用无水乙醇和去离子水洗涤，再在60℃真空干燥12 h，得到负极材料三氧化二铁/石墨烯；
电极的制备
将上述正极材料或负极材料分别与导电炭黑、粘接剂按比例混合均匀，再加入N-甲基吡咯烷酮形成浆料后均匀涂敷在干净的泡沫镍上，其后转入干燥箱中，在60℃下烘干12h，得到正极或负极；
所述的正极材料或负极材料、导电炭黑和粘接剂的质量比为8:1:1；
制备电容器
以浓度为1~6mol/L的氢氧化钾溶液作为电解液，将正极、负极和隔膜组装成基于过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯与三氧化二铁/石墨烯的超级电容器。
2.根据权利要求1所述的基于过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯与三氧化二铁/石墨烯的超级电容器，其特征在于：所述的过渡金属盐包括镍、钴或锰的硝酸、乙酸或乙酰丙酮盐中的一种。
3.根据权利要求1所述的基于过渡金属硫化物/氮掺杂石墨烯与三氧化二铁/石墨烯的超级电容器，其特征在于：所述的粘接剂是聚偏氟乙烯。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108470631A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-08-31 | 中国海洋大学 | 镍钴铁硫多元金属氧（硫）化物纳米核壳状复合材料及其制备方法 |
| CN108538622A (zh) * | 2018-06-14 | 2018-09-14 | 长沙理工大学 | 泡沫镍自支撑MnS纳米片超级电容器材料的制备方法 |
| CN108640107A (zh) * | 2018-07-06 | 2018-10-12 | 广州特种承压设备检测研究院 | 一种用于高质量石墨烯量产的快速剥离石墨的插层剂 |
| CN108706575A (zh) * | 2018-07-06 | 2018-10-26 | 广州特种承压设备检测研究院 | 一种液相球磨剥离石墨烯的制备方法 |
| CN110136978A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-16 | 周口师范学院 | 一种还原石墨烯/α-Fe2O3超级电容器材料及其制备方法和应用 |
| CN111268734A (zh) * | 2020-02-13 | 2020-06-12 | 广州大学 | 一种过渡金属硫化物纳米片及其制备方法和应用 |
| CN115360030A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-11-18 | 信阳师范学院 | 一种超级电容器用自支撑Ni9S8/碳纤维膜的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102603014A (zh) * | 2011-10-08 | 2012-07-25 | 北京中科微纳物联网技术股份有限公司 | 一种绿色、高效制备三氧化二铁/石墨烯复合材料的方法 |
| CN104528836A (zh) * | 2015-01-23 | 2015-04-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种调控α-Fe2O3/石墨烯复合材料形貌的方法 |
| CN105296970A (zh) * | 2015-09-25 | 2016-02-03 | 上海交通大学 | 制备氮掺杂石墨烯与硫化镍量子点纳米复合材料的方法 |
-
2017
- 2017-04-25 CN CN201710273116.6A patent/CN107134372A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102603014A (zh) * | 2011-10-08 | 2012-07-25 | 北京中科微纳物联网技术股份有限公司 | 一种绿色、高效制备三氧化二铁/石墨烯复合材料的方法 |
| CN104528836A (zh) * | 2015-01-23 | 2015-04-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种调控α-Fe2O3/石墨烯复合材料形貌的方法 |
| CN105296970A (zh) * | 2015-09-25 | 2016-02-03 | 上海交通大学 | 制备氮掺杂石墨烯与硫化镍量子点纳米复合材料的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 权红英: ""基于α-Fe2O3/rGO和α-MnS/N-rGO的非对称超级电容器"", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108470631A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-08-31 | 中国海洋大学 | 镍钴铁硫多元金属氧（硫）化物纳米核壳状复合材料及其制备方法 |
| CN108538622A (zh) * | 2018-06-14 | 2018-09-14 | 长沙理工大学 | 泡沫镍自支撑MnS纳米片超级电容器材料的制备方法 |
| CN108640107A (zh) * | 2018-07-06 | 2018-10-12 | 广州特种承压设备检测研究院 | 一种用于高质量石墨烯量产的快速剥离石墨的插层剂 |
| CN108706575A (zh) * | 2018-07-06 | 2018-10-26 | 广州特种承压设备检测研究院 | 一种液相球磨剥离石墨烯的制备方法 |
| CN110136978A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-16 | 周口师范学院 | 一种还原石墨烯/α-Fe2O3超级电容器材料及其制备方法和应用 |
| CN111268734A (zh) * | 2020-02-13 | 2020-06-12 | 广州大学 | 一种过渡金属硫化物纳米片及其制备方法和应用 |
| CN111268734B (zh) * | 2020-02-13 | 2022-06-14 | 广州大学 | 一种过渡金属硫化物纳米片及其制备方法和应用 |
| CN115360030A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-11-18 | 信阳师范学院 | 一种超级电容器用自支撑Ni9S8/碳纤维膜的制备方法 |
| CN115360030B (zh) * | 2022-08-26 | 2024-04-16 | 信阳师范学院 | 一种超级电容器用自支撑Ni9S8/碳纤维膜的制备方法 |
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