CN107731558A - 一种Co9S8‑C超级电容器复合电极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Co9S8‑C超级电容器复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：以镍源与BTC通过溶剂热反应制备前驱体Co3(BTC)2·DMF；对Co3(BTC)2·DMF进行预碳化，得到预碳化的Co3(BTC)2·DMF；将预碳化的Co3(BTC)2·DMF与硫粉混合，并进行硫化，得到Co9S8‑C。本发明的有益效果是：增加了Co9S8‑C复合材料的电导率，又防止Co9S8纳米颗粒在充放电过程中团聚及粉化，具有优异的循环稳定性，孔道结构丰富，具有优异的倍率性能，同时，得到的Co9S8‑C复合材料，Co9S8颗粒尺寸约10nm，比表面积巨大，电极材料利用率高，具有优异的比容量。
Description
技术领域
本发明涉及一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法。
背景技术
在当今能源短缺和环境污染的背景下,开发一种新型的绿色储能装置成为重要的解决之道。超级电容器作为一种介于电池与传统电容器间的新型能量储存和转换器件,具有功率密度高、充放电效率高、循环稳定性好、绿色环保等特点,因而被广泛应用于多种领域。然而较低的能量密度成为制约其发展的重要因素。根据能量密度公式E＝1/2CV2知,可以通过提高电极材料电容量(C)和拓宽工作电压(V)来实现能量密度的提高。通过设计匹配两种不同储能方式的电极组装成非对称电容器来提高能量密度成为研究热点。
水系超级电容器受水的分解电压限制，工作电压的拓展空间很小，提高电容器能量密度的主要方法只能依靠提高材料的电容量。
拥有多种化学计量比的硫化钴价格低廉、来源广泛、比电容高，在高性能超级电容器方面有良好的应用前景。在所有的钴硫化合物中，Co9S8因其Co的平均化合价最低，具有的理论容量最高，而受到越来越多产业界的关注。但是目前的研究当中，Co9S8受制备条件限制，很难发挥出其自身的容量，所以亟需一种简便有效地制备高容量Co9S8材料的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：
S100、以镍源与BTC通过溶剂热反应制备前驱体Co3(BTC)2·DMF；
S200、对Co3(BTC)2·DMF进行预碳化，得到预碳化的Co3(BTC)2·DMF；
S300、将预碳化的Co3(BTC)2·DMF与硫粉混合，并进行硫化，得到Co9S8-C。
本发明的有益效果是：Co9S8-C的结构完全复制于Co3(BTC)2·DMF，碳化BTC生成的碳骨架可以有效限制Co9S8的长大，使得Co9S8的纳米颗粒在碳骨架中分布均匀，即增加了Co9S8-C复合材料的电导率，又防止Co9S8纳米颗粒在充放电过程中团聚及粉化，具有优异的循环稳定性，另外，得到的Co9S8-C复合材料孔道结构丰富，为电解液提供了丰富的传输通道，具有优异的倍率性能，同时，得到的Co9S8-C复合材料，Co9S8颗粒尺寸约10nm，比表面积巨大，电极材料利用率高，具有优异的比容量。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述镍源为镍的硝酸盐、镍的醋酸盐、镍的硫酸盐、镍的氧化物、镍的氯化物、或镍的氟化物中的任意一种或多种的混合。
进一步，所述溶剂为水、N-N二甲基甲酰胺、甲醇、或乙醇中的任意一种或多种的混合。
进一步，所述热反应的反应温度为80℃至250℃。
进一步，所述预碳化的温度为250℃至350℃。
进一步，所述预碳化的时间为1h至6h。
进一步，所述硫化的温度高于S的沸点温度。
进一步，硫化的温度与S的沸点温度的差值大于50℃。
进一步，所述硫化的温度为450℃至850℃。
进一步，所述硫化的时间为1h至10h。
附图说明
图1为本发明制备的Co9S8-C扫描电镜图。
图2为本发明制备的Co9S8-C在不同电流密度下表现出的充放电性能图。
图3为本发明制备的Co9S8-C//活性炭不对成电容器电化学性能图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：
S100、以镍源与BTC通过溶剂热反应制备前驱体Co3(BTC)2·DMF；
S200、将盛装有前驱体Co3(BTC)2·DMF的瓷舟置于气氛炉内，并向气氛炉内通保护气体，直至气氛炉内O2排净，其中，向气氛炉内所通保护气体为氮气、氩气、氢气、或一氧化碳中的任意一种或多种的混合，最好为氩气，待气氛炉内O2排净后，将气氛炉内的温度升至250℃至350℃，对前驱体Co3(BTC)2·DMF进行预碳化处理，预碳化的时间为1h至6h，其中，预碳化的温度最好为300℃，而预碳化的时间最好为5h，结束后，得到预碳化的Co3(BTC)2·DMF；
S300、将预碳化的Co3(BTC)2·DMF与硫粉按质量比10:1至1:1进行混合，并转移至瓷舟内，其中，预碳化的Co3(BTC)2·DMF与硫粉的质量比最好为10:2；再将盛装有预碳化的Co3(BTC)2·DMF和硫粉的瓷舟置于气氛炉内，向气氛炉内预通0.5h保护气体，其中，向气氛炉内所通保护气体为氮气、氩气、氢气、或一氧化碳中的任意一种或多种的混合，最好为氩气；预通结束后，将气氛炉的温度缓慢升至450℃至850℃，其中，缓慢指5℃/min，对瓷舟内的预碳化的Co3(BTC)2·DMF进行硫化处理，硫化时间为1h至10h，其中，硫化的温度最好为650℃，而硫化的时间最好为5h，结束后，随炉冷却至室温，得到Co9S8-C。
如图1所示，为利用上述制备方法所制得的的Co9S8-C的扫描电镜图。
如图2、图3所示，将所得到的Co9S8-C制成电极片，通过三电极测试，其单克容量高达1800F/g，5000次循环容量保持率高达99％，与商业活性炭组装成电容器，其最高能量密度高达50Wh/kg，功率密度14kW/kg。
制备前驱体Co3(BTC)2·DMF的具体步骤如下：
S110、将硝酸钴、(BTC)均苯三甲酸，加入到N-N二甲基甲酰胺(DMF)、甲醇、水的混合液中进行溶解，得到澄清溶液；
S120、将澄清溶液转移至不锈钢高温高压反应釜中，密封，并在80℃至250℃的温度下保温1h至20h，其中，最好是在140℃的温度下保温8h，待反应釜冷却到室温后，对产物进行分离，洗净干燥，制得前驱体Co3(BTC)2·DMF。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、以镍源与BTC通过溶剂热反应制备前驱体Co3(BTC)2·DMF；
S200、对Co3(BTC)2·DMF进行预碳化，得到预碳化的Co3(BTC)2·DMF；
S300、将预碳化的Co3(BTC)2·DMF与硫粉混合，并进行硫化，得到Co9S8-C。
2.根据权利要求1所述的一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述镍源为镍的硝酸盐、镍的醋酸盐、镍的硫酸盐、镍的氧化物、镍的氯化物、或镍的氟化物中的任意一种或多种的混合。
3.根据权利要求2所述的一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、N-N二甲基甲酰胺、甲醇、或乙醇中的任意一种或多种的混合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述热反应的反应温度为80℃至250℃。
5.根据权利要求1所述的一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述预碳化的温度为250℃至350℃。
6.根据权利要求5所述的一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述预碳化的时间为1h至6h。
7.根据权利要求1所述的一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述硫化的温度高于S的沸点温度。
8.根据权利要求7所述的一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，硫化的温度与S的沸点温度的差值大于50℃。
9.根据权利要求8所述的一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述硫化的温度为450℃至850℃。
10.根据权利要求9所述的一种Co9S8-C超级电容器复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述硫化的时间为1h至10h。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110676441A (zh) * | 2018-07-03 | 2020-01-10 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 电池负极材料和钠离子电池及其制备方法 |
| CN110676441B (zh) * | 2018-07-03 | 2021-11-05 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 电池负极材料和钠离子电池及其制备方法 |
| CN109841423A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-06-04 | 江西师范大学 | 价态调控和表面修饰制备新型钒氧化物负极材料 |
| CN109841423B (zh) * | 2019-04-18 | 2022-03-04 | 江西师范大学 | 价态调控和表面修饰制备新型钒氧化物负极材料 |
| CN116854068A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-10-10 | 常州大学 | 一种木质素复合焦油低温交联制备超容炭的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107731558B (zh) | 2019-01-29 |
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