CN107993855A - 一种高电压钠离子超级电容器的制备方法 - Google Patents
一种高电压钠离子超级电容器的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107993855A CN107993855A CN201711138394.7A CN201711138394A CN107993855A CN 107993855 A CN107993855 A CN 107993855A CN 201711138394 A CN201711138394 A CN 201711138394A CN 107993855 A CN107993855 A CN 107993855A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sodium ion
- nano
- carbon nanosheet
- chip arrays
- ion ultracapacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 48
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 40
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 229910020293 Na2Ti3O7 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 28
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 27
- 238000003491 array Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000001508 potassium citrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- QEEAPRPFLLJWCF-UHFFFAOYSA-K potassium citrate (anhydrous) Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O QEEAPRPFLLJWCF-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 8
- 235000011082 potassium citrates Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229960002635 potassium citrate Drugs 0.000 claims abstract description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 10
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 4
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 2
- 229910001488 sodium perchlorate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims 1
- 230000004087 circulation Effects 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 235000005979 Citrus limon Nutrition 0.000 description 1
- 244000131522 Citrus pyriformis Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229960003975 potassium Drugs 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/46—Metal oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/08—Structural combinations, e.g. assembly or connection, of hybrid or EDL capacitors with other electric components, at least one hybrid or EDL capacitor being the main component
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/58—Liquid electrolytes
- H01G11/60—Liquid electrolytes characterised by the solvent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/58—Liquid electrolytes
- H01G11/62—Liquid electrolytes characterised by the solute, e.g. salts, anions or cations therein
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明介绍了一种组装高电压钠离子超级电容器的方法。首先将3×5 cm2的钛片置于一定浓度的NaOH溶液中水热制备得到分层多级Na2Ti3O7纳米片阵列，并将此Na2Ti3O7阵列作为钠离子超级电容器负极。以柠檬酸钾作为碳源并在N2气氛中进行高温退火得到碳纳米片，并以碳纳米片作为钠离子超级电容器的正极材料。分别以碳纳米片和Na2Ti3O7纳米片阵列作为正负极材料组装成为钠离子超级电容器。这种钠离子超级电容器在825 W kg‑1的功率密度下能量密度高达89.6 Wh kg‑1，在8250 W kg‑1的大功率密度下其能量密度依然可以达到73 Wh kg‑1。并且能够在高达4 V的电压下进行2 A g‑1的大电流充放电，经过2000次循环之后其比容量依然能够保持初始容量的73.9%。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的钠离子超级电容器的组装，特别涉及一种4 V电压的钠离子超级电容器的制备和组装，属于钠离子超级电容器领域。
背景技术
钠离子电池作为新一代储能器件越来越受到关注，然而Na+较大的半径（1.06 Å）导致其在充放电过程中会产生严重的结构坍塌，极大降低了钠离子电池的比容量和循环寿命。 钠离子超级电容器通过将钠离子电池与超级电容器相结合，能够有效克服钠离子电池所面临的容量衰减的问题，同时能够保证储能设备的高能量密度和功率密度，解决了传统水系超级电容器电压和能量密度低的问题。 最近，Na2Ti3O7作为一种层状的钠离子电池负极材料吸引了研究人员的注意。由于Na2Ti3O7特殊的层状结构和较大的层间距（0.84 nm），有利于钠离子的快速嵌入和脱出，具有高效的电化学倍率性能，是作为钠离子超级电容器的理想负极材料。本发明通过水热法直接在Ti基底上原位生长Na2Ti3O7纳米片阵列。 这种分层多级结构的Na2Ti3O7纳米片阵列与Ti基底之间接触紧密，具有更好的电子和离子导通性，能够与碳纳米片负极材料相匹配。本专利通过将以上Na2Ti3O7纳米片阵列和碳纳米片分别为钠离子超级电容器的正负极发明了一种高电压同时具有高能量密度和功率密度的混合超级电容器。这种混合超级电容器在825 W kg-1的功率密度下能量密度高达89.6 Wh kg-1，在8250 W kg-1的功率密度下其能量密度依然可以达到73 Wh kg-1。并且能够在高达4 V的电压下进行2 A g-1的大电流充放电，经过2000次循环之后其比容量依然能够保持初始容量的73.9%。
发明内容
本发明的目的在于通过将Na2Ti3O7纳米片阵列和由柠檬酸钾高温碳化制备得到的碳纳米片分别作为钠离子混合超级电容器的正负极材料。电解液以NaClO4为溶质，以碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯为溶剂，组装得到高电压和高能量密度的钠离子超级电容器。
本发明所涉及的Na2Ti3O7纳米片阵列材料的以Ti片为原材料，将Ti片倾斜30-60º置于含有1-5 M NaOH溶液的水热反应釜中于180-220 oC反应6-24 h，制备得到Na2Ti3O7纳米片阵列。
本发明所涉及的碳纳米片直接以柠檬酸钾为碳源，通过在惰性气体氛围
中700-900 oC煅烧1-3 h，接着经过酸洗、过滤和干燥得到碳纳米片粉末。
本发明所涉及的钠离子超级电容器正负极活性物质质量比为3-4.5: 1-1.5。
本专利发明的Na2Ti3O7纳米片阵列以及碳纳米片材料及对应的钠离子超级电容器具有以下特点：
（1）本发明的材料制备过程环境更加友好，操作性强。
（2）本发明得到的Na2Ti3O7阵列材料与Ti基底之间接触牢固，经过长时间超声清洗不会出现活性物质脱落的现象。
（3）制备得到Na2Ti3O7纳米片直径为1-2 µm，高度为为4-5 µm，钛基底上单位面积活性物质质量约为1-2 mg cm-2。
（4）组装得到的混合超级电容器在825 W kg-1的功率密度下能量密度高达89.6 Whkg-1，在8250 W kg-1的功率密度下其能量密度依然可以达到73 Wh kg-1。
附图说明
图1为实施例1所制备Na2Ti3O7纳米片阵列的XRD和SEM图。
图2为实施例1所制备Na2Ti3O7纳米片的TEM图。
图3为实施例1所制备Na2Ti3O7纳米片阵列对应的钠离子半电池电化学性能图。
图4为实施例2中钠离子超级电容器正极碳纳米片样品的SEM和TEM图。
图5为实施例2中钠离子超级电容器在不同电流密度下的充放电曲线以及性能对比图。
图6为钠离子超级电容器的循环性能图。
具体实施方式
实施例1
首先将Ti片以60度角置于1 M NaOH溶液中并将其置于烘箱中在180 oC下反应12 h。然后将水热反应后得到的薄膜置于管式炉中以5 oC min-1速度升温达到400 oC后保持1 h下并自然冷却得到Na2Ti3O7纳米片阵列。 图1为制备得到的Na2Ti3O7阵列的XRD图谱和对应的SEM图。通过XRD图谱可以看到，分别在10.5º、19.8º、29.9º、50.0º和63.1º出现了Na2Ti3O7的特征峰，其XRD图谱与Na2Ti3O7（JCPDS No.31-1329）卡片相一致。通过对应的SEM图我们可以看到Na2Ti3O7纳米片阵列有序地分布在钛基底上，尺寸为1-2 µm。图2为对应Na2Ti3O7纳米片TEM图，可以确定单个Na2Ti3O7纳米片具有明显的多孔结构。 通过图2b中的高分辨TEM测试可以看到Na2Ti3O7的0.84 nm的典型晶面间距，对应其（001）晶面。图3为Na2Ti3O7纳米片阵列作为钠离子负极的电化学性能。图3a中的倍率性能说明Na2Ti3O7阵列电极具有优异的电化学可逆性能和倍率性能，在20 C大倍率充放电下依然具有75.2 mAh g-1的比容量。同时Na2Ti3O7阵列电极具有较低的电压平台（0.3 V vs Na+/Na）（图3b），是一种理想的钠离子电池负极材料。另外，Na2Ti3O7电极具有优异的循环性能，在20 C倍率下进行超过4000次反复快速充放电循环测试后其容量保持率为78.3%，容量大约为52.2 mAh g-1。以上电化学性能测试结果说明Na2Ti3O7纳米片阵列是一种理想的钠离子电池负极材料，具有相当优异的倍率性能，在钠离子超级电容器负极方面具有潜在的应用价值。直接以5 g柠檬酸钾为碳源，将其置于氮气气氛中以5 oC min-1速度升温达到800 oC后保持3 h，经过0.3 M的稀盐酸清洗之后过滤和干燥得到碳纳米片粉末。图4a, b分别对应碳纳米片的SEM和TEM图，可以确定其具有明显的片状结构。我们以碳纳米片和Na2Ti3O7纳米片阵列分别作为钠离子超级电容器正极与负极材料，正负极材料活性物质质量比为3:1。对组装成功的钠离子超级电容器在不同电流密度下电压窗口区间为1.0-4.0 V（vs Na+/Na) 进行充放电测试。发现即使在高达4 V电压下，其充放电曲线依然能够保持良好的对称性和电化学可逆性。我们计算得到Na2Ti3O7//碳纳米片钠离子超级电容器在825 W kg-1的功率密度下能量密度高达89.6 Whkg-1，在8250 W kg-1的大功率密度下其能量密度依然可以达到73 Wh kg-1。其对应的功率密度和能量密度相对于之前报道的其它如Nb2O5、Na2Ti3O7粉末组装而成的钠离子超级电容器具有明显优势。进一步对其进行大倍率循环性能测试发现这种混合超级电容器在2 A g-1电流密度下经过2000次循环之后其比容量依然能够保持初始容量的73.9%，说明了Na2Ti3O7//碳纳米片钠离子超级电容器的优异电化学性能和潜在的商业化应用前景。
实施例2
首先将Ti片以60度角置于1 M NaOH溶液中并将其置于烘箱中在180 oC下反应12 h。然后将水热反应后得到的薄膜置于管式炉中以5 oC min-1速度升温达到400 oC后保持1 h下并自然冷却得到Na2Ti3O7纳米片阵列，活性物质Na2Ti3O7质量为1 mg cm-1。直接以5 g柠檬酸钾为碳源，将其置于氮气气氛中以5 oC min-1速度升温达到800 oC后保持3 h，经过0.3 M的稀盐酸清洗之后过滤和干燥得到碳纳米片粉末。我们以碳纳米片和Na2Ti3O7纳米片阵列分别作为钠离子超级电容器正极与负极材料，正负极材料活性物质质量比为4:1。制备得到的混合超级电容器在825 W kg-1的功率密度下能量密度为70.6 Wh kg-1。在2 A g-1电流密度下经过 2000次循环之后其比容量依然能够保持初始容量的60.9%。
实施例3
首先将Ti片以60度角置于1 M NaOH溶液中并将其置于烘箱中在180 oC下反应12 h。然后将水热反应后得到的薄膜置于管式炉中以5 oC min-1速度升温达到400 oC后保持1 h下并自然冷却得到Na2Ti3O7纳米片阵列。直接以5 g柠檬酸钾为碳源，将其置于氮气气氛中以5 oC min-1速度升温达到800 oC后保持3 h，经过0.3 M的稀盐酸清洗之后过滤和干燥得到碳纳米片粉末。我们以碳纳米片和Na2Ti3O7纳米片阵列分别作为钠离子超级电容器正极与负极材料，正负极材料活性物质质量比为4.5:1。制备得到的混合超级电容器在825 Wkg-1的功率密度下能量密度为72.6 Wh kg-1。在2 A g-1电流密度下经过 2000次循环之后其比容量依然能够保持初始容量的63.3%。
实施例4
首先将Ti片以60度角置于1 M NaOH溶液中并将其置于烘箱中在180 oC下反应12 h。然后将水热反应后得到的薄膜置于管式炉中以5 oC min-1速度升温达到400 oC后保持1 h下并自然冷却得到Na2Ti3O7纳米片阵列。直接以5 g柠檬酸钾为碳源，将其置于氮气气氛中以5 oC min-1速度升温达到800 oC后保持3 h，经过0.3 M的稀盐酸清洗之后过滤和干燥得到碳纳米片粉末。我们以碳纳米片和Na2Ti3O7纳米片阵列分别作为钠离子超级电容器正极与负极材料，正负极材料活性物质质量比为2:1。制备得到的混合超级电容器在825 W kg-1的功率密度下能量密度为55.6 Wh kg-1。在2 A g-1电流密度下经过 2000次循环之后其比容量依然能够保持初始容量的50.6%。
实施例5
首先将Ti片以60度角置于1 M NaOH溶液中并将其置于烘箱中在180 oC下反应12 h。然后将水热反应后得到的薄膜置于管式炉中以5 oC min-1速度升温达到400 oC后保持1 h下并自然冷却得到Na2Ti3O7纳米片阵列。直接以5 g柠檬酸钾为碳源，将其置于氮气气氛中以5 oC min-1速度升温达到800 oC后保持3 h，经过0.3 M的稀盐酸清洗之后过滤和干燥得到碳纳米片粉末。我们以碳纳米片和Na2Ti3O7纳米片阵列分别作为钠离子超级电容器正极与负极材料，正负极材料活性物质质量比为1:1。制备得到的混合超级电容器在825 W kg-1的功率密度下能量密度为45.6 Wh kg-1。在2 A g-1电流密度下经过 2000次循环之后其比容量依然能够保持初始容量的58.6%。
Claims (7)
1.一种钠离子超级电容器的组装电极材料，其特征在于，以原位生长于钛基底上的Na2Ti3O7纳米片阵列为负极材料，以多孔碳纳米片为正极活性材料，电解液以NaClO4为溶质，碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯为溶剂组装成的超级电容器材料。
2.权利要求1所述的钠离子超级电容器的组装电极材料，其特征在于，正极活性物质Na2Ti3O7与负极活性物质碳纳米片质量比为3-4.5：1-1.5， 比值3:1为最佳。
3.权利要求1所述的钠离子超级电容器的负极集流体为Ti片，其中Ti片厚度为0.1 mm，正极集流体为Al箔，厚度为0.02 mm，隔膜为玻璃纤维膜（whatman GF/D），空隙率为2.7 µm。
4.权利要求1所述的钠离子超级电容器的的正极活性材料碳纳米片分别与聚偏氟乙烯（PVDF）和导电碳黑按质量比为8:1:1进行均匀混合并涂覆于铝箔集流体上。
5.权利要求1所述的钠离子超级电容器的组装电极材料，其特征在于，所述的原位生长于钛基底上的Na2Ti3O7纳米片阵列是以Ti片和NaOH溶液为原材料，制备得到的Na2Ti3O7纳米片直径为1-2 µm，高度为4-5 µm，钛基底上单位面积Na2Ti3O7活性物质质量为1-2 mg·cm-2。
6.权利要求1所述的钠离子超级电容器的组装电极材料，其特征在于，原位生长于钛基底上的Na2Ti3O7纳米片阵列的制备方法是以Ti片为原材料，将Ti片倾斜30-60º置于含有1-5M NaOH溶液的水热反应釜中于180-220 oC反应6-24 h，制备得到Na2Ti3O7纳米片阵列。
7.权利要求1所述的钠离子超级电容器的组装电极材料，其特征在于，所述的碳纳米片直接以柠檬酸钾为碳源，通过在惰性气体氛围中700-900 oC煅烧1-3 h，接着经过酸洗、过滤和干燥得到碳纳米片粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711138394.7A CN107993855A (zh) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | 一种高电压钠离子超级电容器的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711138394.7A CN107993855A (zh) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | 一种高电压钠离子超级电容器的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107993855A true CN107993855A (zh) | 2018-05-04 |
Family
ID=62030406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711138394.7A Pending CN107993855A (zh) | 2017-11-16 | 2017-11-16 | 一种高电压钠离子超级电容器的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107993855A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110544767A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-06 | 西南大学 | 一种碳包覆三钛酸钠复合材料及其制备方法和应用 |
| CN110931264A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-03-27 | 武汉理工大学 | 一种铁原位掺杂钛酸钠电极材料及其制备方法 |
| CN114243027A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-25 | 广东工业大学 | 一种钠离子电池负极集流体及其制备方法和钠离子电池 |
| CN114229829A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-25 | 广东邦普循环科技有限公司 | 基于碳纳米片的钠离子电池负极材料及其制备方法和应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102674441A (zh) * | 2012-04-18 | 2012-09-19 | 吉林大学 | 钛金属表面结构可控多层钛酸盐自组装聚集体薄膜的制备方法 |
| CN104616901A (zh) * | 2015-01-27 | 2015-05-13 | 上海奥威科技开发有限公司 | 一种钠离子超级电容器及其制备方法 |
| CN105428597A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-03-23 | 苏州大学 | 钠离子电池负极的制备及改性方法 |
| CN105597719A (zh) * | 2015-11-17 | 2016-05-25 | 山东大学 | 一种泡沫钛-氧化钛复合光电催化材料及其应用 |
| CN105944681A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-09-21 | 江苏大学 | 一种羧酸钾盐基多孔碳材料的制备方法及其用途 |
-
2017
- 2017-11-16 CN CN201711138394.7A patent/CN107993855A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102674441A (zh) * | 2012-04-18 | 2012-09-19 | 吉林大学 | 钛金属表面结构可控多层钛酸盐自组装聚集体薄膜的制备方法 |
| CN104616901A (zh) * | 2015-01-27 | 2015-05-13 | 上海奥威科技开发有限公司 | 一种钠离子超级电容器及其制备方法 |
| CN105597719A (zh) * | 2015-11-17 | 2016-05-25 | 山东大学 | 一种泡沫钛-氧化钛复合光电催化材料及其应用 |
| CN105428597A (zh) * | 2015-12-18 | 2016-03-23 | 苏州大学 | 钠离子电池负极的制备及改性方法 |
| CN105944681A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-09-21 | 江苏大学 | 一种羧酸钾盐基多孔碳材料的制备方法及其用途 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110544767A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-06 | 西南大学 | 一种碳包覆三钛酸钠复合材料及其制备方法和应用 |
| CN110931264A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-03-27 | 武汉理工大学 | 一种铁原位掺杂钛酸钠电极材料及其制备方法 |
| CN110931264B (zh) * | 2019-10-31 | 2021-07-06 | 武汉理工大学 | 一种铁原位掺杂钛酸钠电极材料及其制备方法 |
| CN114229829A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-25 | 广东邦普循环科技有限公司 | 基于碳纳米片的钠离子电池负极材料及其制备方法和应用 |
| CN114243027A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-25 | 广东工业大学 | 一种钠离子电池负极集流体及其制备方法和钠离子电池 |
| CN114243027B (zh) * | 2021-12-17 | 2024-02-13 | 广东工业大学 | 一种钠离子电池负极集流体及其制备方法和钠离子电池 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106229498B (zh) | 一种适用于水系金属离子电池的负极材料及其制备方法 | |
| CN103456936A (zh) | 钠离子二次电池及其用的层状钛酸盐活性物质、电极材料、正负极和活性物质的制备方法 | |
| CN107993855A (zh) | 一种高电压钠离子超级电容器的制备方法 | |
| Peng et al. | Hierarchically nitrogen-doped mesoporous carbon nanospheres with dual ion adsorption capability for superior rate and ultra-stable zinc ion hybrid supercapacitors | |
| CN113161631A (zh) | 含有添加剂的水系锌离子电池电解液及其制备方法和电池 | |
| CN109768218A (zh) | 一种氮掺杂的硬碳锂离子电池负极材料及其制备方法及锂离子电池负极片和锂离子电池 | |
| CN109830672A (zh) | 一种MnO@氮掺杂多孔碳纳米复合物的制备方法及用途 | |
| CN109950526A (zh) | 钛酸钠纳米片阵列负极的钠基双离子电池及其制备方法 | |
| CN107910528B (zh) | 一种钛酸锂复合材料及其制备方法、负极片及锂离子电池 | |
| CN109037632A (zh) | 一种纳米钛酸锂复合材料及其制备方法、锂离子电池 | |
| CN113353911B (zh) | 一种添加到硅基负极中的多孔碳材料及硅基负极和锂离子电池 | |
| CN108666567A (zh) | 锂离子电池 | |
| CN110233251A (zh) | 一种多孔硅/碳复合材料的制备方法及其应用 | |
| CN110690441B (zh) | 一种3d结构纳米锡基锂离子电池电极片及其制备方法 | |
| CN109449440B (zh) | 微孔超薄软碳纳米片及其制备方法和应用 | |
| CN116062797A (zh) | 一种正极材料及包含该正极材料的电池 | |
| CN108975388A (zh) | 一种一锅合成LiEuTiO4锂离子电池阳极材料的方法 | |
| CN111653724B (zh) | 一种表面改性的镍锰酸锂正极材料及其制备方法 | |
| CN110061196A (zh) | 一种表面掺杂改性钴酸锂正极材料的方法 | |
| CN110518194B (zh) | 一种原位碳包覆制备核壳型硅/碳复合材料的方法及其应用 | |
| CN107425184A (zh) | 一种硅‑多孔碳电极材料及其制备方法和应用 | |
| CN109301198B (zh) | 一种镍纳米片阵列负载氧化锌复合电极及制备方法 | |
| CN112002884A (zh) | 花球状MoSe1.48S0.52@C正极复合材料及铝离子电池 | |
| TWI378589B (en) | Phosphorated composite, method for making the same, and battery using the same | |
| CN114583140B (zh) | 一种具有核壳结构的二硫化镍/硅复合材料及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180504 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |