CN108281642B - 一种花状结构BiOBr电极材料及其制备方法与电化学储能应用 - Google Patents

一种花状结构BiOBr电极材料及其制备方法与电化学储能应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有花状结构的BiOBr电极材料极其制备方法与应用，该BiOBr电极材料呈花状结构，花状结构由多个BiOBr纳米片组成；花状结构的直径大小为5‑10μm；纳米片的厚度为280‑330 nm。本发明电极材料制备方法简单，成本低廉，重现性好，比电容高，循环性好，具有良好的应用前景。

Description

一种花状结构BiOBr电极材料及其制备方法与电化学储能 应用
技术领域
本发明涉及一种新型的电极材料，具体涉及一种具有具有花状结构的BiOBr电极材料。
背景技术
21世纪，大规模储电是当今新能源技术发展的关键问题之一。无论是可再生新能源(如光电与风电)的高效利用，还是基于电动车辆的未来清洁交通，均需要廉价高效的大规模储电作为技术支持。在现有的规模储能方式中，二次电池技术以其简单高效的特点受到广泛的关注, 成为近年来应用发展的主流方向。然而，现有的二次电池体系几乎都难于满足大规模储电的应用要求。传统的铅酸、镉镍电池含有大量有害的重金属元素，大规模应用会污染环境；镍氢、全钒液流电池采用了昂贵的稀有金属，资源与价格上难于满足大规模储电的成本要求。虽然先进的锂离子电池被认为是储能技术的理想体系，但是地球上锂的资源储量能否支持大规模储能应用，仍是备受争议的问题。原则上，适合于大规模储电应用的二次电池体系必须具有资源广泛、价格低廉、环境友好、安全可靠的特点。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种具有优越性能的新型电极材料。
为了达到上述目的，本发明提供了一种花状结构的BiOBr电极材料，该BiOBr电极材料呈花状结构，花状结构由多个BiOBr纳米片组成；花状结构的直径大小为5-10 μm；纳米片厚度为280-330 nm。
本发明还提供了上述 BiOBr电极材料的制备方法，具体步骤如下：将1.3mmol的五水硝酸铋加入20mL乙二醇中，再加入8mmol的溴化钠，搅拌1小时后，转移到具有聚四氟乙烯内衬高压釜中，170℃恒温反应6小时；洗涤、离心、干燥后即得。
本发明还提供了上述BiOBr电极材料在制备电极方面的应用。
进一步的，上述电极通过以下方法制备：按照8：1：1的质量比将所述BiOBr电极材料、乙炔黑和聚偏二氟乙烯混合，研磨30分钟，再加入1-甲基-2-吡咯烷酮，涂在碳布上，风干24小时，即得。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明采用铋元素进行电极材料制备，绿色无毒，制备得到的电极材料由于具有的花状结构展现出良好的电化学性能：在31.25mA/g的电流密度下，有着839 mF/g的比电容，在循环2500圈后，仍然有着88%的初始电容。
本发明电极材料制备方法简单，成本低廉，重现性好，比电容高，循环性好，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明BiOBr电极材料的扫描电子显微镜（SEM）图；
图2为本发明BiOBr电极材料的X射线衍射（XRD）图；
图3为本发明BiOBr电极材料制备得到的工作电极在0.5mol/L的Na2SO4溶液中的充放电曲线；
图4为本发明BiOBr电极材料的循环效率图，纵坐标为Cn/C1, 分别为第n次、第一次循环的放电容量，横坐标为循环次数。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
产品制备实施例
室温下，将1.3mmol的五水硝酸铋加入20mL乙二醇里，再加入8mmol的溴化钠，搅拌1小时后，转移到具有聚四氟乙烯内衬高压釜中，170℃恒温反应6小时；离心得到沉淀物，进一步洗涤、干燥，得产品。
将制备得到的产品进行电子显微镜扫描，如图1所示，产品呈花状结构，花状结构的直径为5-10 μm，各花状结构由多个纳米片组成，纳米片的厚度为280-330 nm。
如图2所示，X射线衍射图与标准卡JCPDS:73-2061进行对比，所制得产品为纯BiOBr晶体。
性能测试实施例
工作电极制备：按照8：1：1的质量比将上述制备得到的BiOBr电极材料、乙炔黑和聚偏二氟乙烯混合，研磨30分钟，再加入1-2 mL 1-甲基-2-吡咯烷酮，涂在厚度为0.111 mm碳布上，涂层厚度100 μm左右，风干24小时，制得电极。
将BiOBr工作电极在0.5mol/L的Na2SO4溶液中浸泡，用铂丝作为正极，Hg/HgO作为参比电极，在0-0.6V的电压下测量BiOBr的充放电曲线，并根据公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
（1）
计算BiOBr在不同电流密度下的比电容，其中I为电流大小，t为放电时间，△V为电压差，m为BiOBr、乙炔黑和聚偏二氟乙烯总质量。
如图3所示，本发明BiOBr电极材料具有稳定的充放电曲线及较高的比电容，且在31.25 mA/g的电流密度下，有着839 mF/g的比电容。
将电极浸泡在0.5mol/L的Na2SO4溶液中，用铂丝作为正极，Hg/HgO作为参比电极，在0-0.6V的电压下测量BiOBr的充放电曲线，并每125循环取一点，并根据（1）的公式算出电容值，除以初始电容值，得到对应圈数的效率。
如图4所示，本发明BiOBr电极2500循环后仍有88%的初始电容，具有较高的循环效率。

Claims (3)

1.一种花状结构的BiOBr电极材料，其特征在于：所述BiOBr电极材料呈花状结构，所述花状结构由多个BiOBr纳米片组成；所述花状结构的直径大小为5-10μm；所述纳米片厚度为280-330 nm；所述BiOBr电极材料通过以下方法制备：将1.3mmol的五水硝酸铋加入20mL乙二醇中，再加入8mmol的溴化钠，搅拌1小时后，转移到具有聚四氟乙烯内衬高压釜中，170℃恒温反应6小时；洗涤、离心、干燥后即得。
2.根据权利要求1所述BiOBr电极材料在制备电极方面的应用。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述电极通过以下方法制备：按照8：1：1的质量比将所述BiOBr电极材料、乙炔黑和聚偏二氟乙烯混合，研磨30分钟，再加入1-甲基-2-吡咯烷酮，涂在碳布上，风干24小时，即得。
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