CN114203453A - 一种超级电容器的负极及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种超级电容器的负极，包括CuS纳米片、碳基和PEDOT，CuS纳米片附着在碳基上，CuS纳米片和碳基通过PEDOT粘结在基体上。本发明的超级电容器的负极在充放电循环2000次后容量保持率为96.8%，首次充放电循环的电极比容达到720F/cm3。
Description
技术领域
本发明涉及一种超级电容器，尤其涉及一种超级电容器的负极及制备方法。
背景技术
超级电容器拥有容量大、充放电速度快以及寿命长等优点，因此可以作为高效的小型储能元件。根据储能机理不同，超级电容器可以分为双电层电容器与赝电容电容器。赝电容器又称法拉第准电容器，因其高功率密度、高放电、长循环寿命和高安全性等性能受到广泛关注。与通过阴阳离子在电解液和电极表面进行交替沉积储存能量的双电层电容器不同，赝电容器是通过在电极表面进行的一系列快速氧化还原反应来存储和释放电量。当对赝电容器施加电压时，电极材料表面发生可逆的氧化还原反应，电容器单元产生电荷和感应电流，电荷存储到电极中提高电容器的充电电压；相应地，当其外接负载放电时，储存在电极中的电荷通过外接回路释放，形成电流，进入活性材料中的离子由于失去电场的作用回到电解液中。正因为工作原理的不同，同样的赝电容器电容量往往比双电层电容器高几十甚至上百倍。然而，目前赝电容器的发展应用却并不理想，这主要是因为绝大多数赝电容器的电极活性材料，如过渡金属氧化物等，属于半导体或绝缘体，限制了电子/离子的传输，使电极性能随电子/离子的传输距离增加而急剧下降，从而失去实用价值。
双电层电容器与赝电容电容器的电极材料前者主要为碳材料，后者主要为金属氧化物、氢氧化物等过渡金属化合物。然而氧化物与氢氧化物的导电性差因而限制了它在超级电容器中的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种循环寿命长的超级电容器的负极及制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种超级电容器的负极，包括CuS 纳米片、碳基和PEDOT，所述CuS 纳米片附着在碳基上，所述CuS 纳米片和碳基通过PEDOT粘结在基体上。
上述的超级电容器的负极，优选的，所述PEDOT通过1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺进行掺杂。
上述的超级电容器的负极，优选的，所述PEDOT与1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺的重量比为1:1-4:1。
一种超级电容器的负极的制备方法，包括以下步骤：1）将Cu(NO3)2·3H2O 和硫代乙酰胺一起溶解在足量的乙醇中，并且搅拌均匀；Cu(NO3)2·3H2O和硫代乙酰胺的摩尔比为1:2；
2）向步骤1）的溶液中加入碳基材料，搅拌均匀后一起转移到高压釜中，在150-200℃的问题下反应12-20小时；
3）将步骤2）反应后的产物清洗干净后干燥，得到CuS-C复合材料；
4）步骤3）得到的CuS-C复合材料加入到PEDOT分散液中，搅拌均匀，得到负极浆料；
5）将步骤4）得到的负极浆料涂覆在基体上，烘干得到超级电容器的负极。
上述的超级电容器的负极的制备方法，优选的，所述碳基材料包括用硫酸活化的纳米级的石墨烯、碳纳米管、活性碳、碳纤维中的一种或者多种。
上述的超级电容器的负极的制备方法，优选的，所述碳基材料与Cu(NO3)2·3H2O的摩尔比为1:5-1:1。
上述的超级电容器的负极的制备方法，优选的，步骤4）中CuS-C复合材料与PEDOT分散液中PEDOT的重量比为1：4-1:1。
上述的超级电容器的负极的制备方法，优选的，步骤4）中的PEDOT通过1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺掺杂。
上述的超级电容器的负极的制备方法，优选的，所述PEDOT与1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺的重量比为1:1-4:1。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的超级电容器的负极在充放电循环2000次后容量保持率为96.8%，首次充放电循环的电极比容达到720F/cm3。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
一种超级电容器的负极，包括CuS 纳米片、碳基和PEDOT，CuS 纳米片附着在碳基上， CuS 纳米片和碳基通过PEDOT粘结在基体上。PEDOT通过1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺进行掺杂；PEDOT与1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺的重量比为1:1-4:1。碳基材料为硫酸改性的纳米级碳纳米管。
本实施例的超级电容器的负极的制备方法，包括以下步骤：1）将Cu(NO3)2·3H2O和硫代乙酰胺一起溶解在足量的乙醇中，并且搅拌均匀；Cu(NO3)2·3H2O和硫代乙酰胺的摩尔比为1:2。碳纳米管与Cu(NO3)2·3H2O的摩尔比为1:5-1:1。
2）向步骤1）的溶液中加入硫酸活化的碳纳米管，搅拌均匀后一起转移到高压釜中，在150-200℃的问题下反应12-20小时；
3）将步骤2）反应后的产物清洗干净后干燥，得到CuS-C复合材料；
4）步骤3）得到的CuS-C复合材料加入到PEDOT分散液中，搅拌均匀，得到负极浆料；
5）将步骤4）得到的负极浆料涂覆在基体上，烘干得到超级电容器的负极。CuS-C复合材料与PEDOT分散液中PEDOT的重量比为1：4-1:1。
本实施例中，步骤4）中的PEDOT通过1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺掺杂；PEDOT与1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺的重量比为1:1-4:1。
在本实施例中，用硫酸活化后的碳纳米管作为骨架，CuS碳纳米片在骨架上生长。在本实施例中，用硫酸活化后的碳纳米管，在表面形成有氧官能团，其作为成核位点，使得CuS碳纳米片能够在碳纳米管上附着和生长。在形成负极后，PEDOT能够在整个材料中形成一个连续的导电通路。因为CuS碳纳米片附着在碳纳米管上，无论是CuS碳纳米片与PEDOT的界面电阻还是CuS碳纳米片与碳纳米管之间的界面电阻均很低，这样就使得负极的电阻很低，能够在高的充放电速率下快速的进行电子传输。
在本实施例中，PEDOT通过1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺掺杂后能够提高PEDOT的离子导电率。因为CuS碳纳米片与PEDOT混合后，与只有CuS-C复合材料的负极的离子电导率相比会受到一定的影响，而通过1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺对PEDOT进行掺杂后，本实施例的负极的离子电导率会得到一定的改善。
将本实施例得到的负极作为工作电极、金属Pt作为反电极、Ag/AgCl作为参比电极共同组成电化学工作站，电化学工作站的电解质采用2 mol/L的KOH。在本实施例中，在电化学工作站中进行5 mA/cm2的GCD恒流充放电循环测试，2000次充放电循环后容量保持率为96.8%；首次充放电循环的电极比容达到720F/cm3。
Claims (10)
1.一种超级电容器的负极，其特征在于：包括CuS 纳米片、碳基和PEDOT，所述CuS 纳米片附着在碳基上，所述CuS 纳米片和碳基通过PEDOT粘结在基体上。
2.根据权利要求1所述的超级电容器的负极，其特征在于：所述PEDOT通过1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺进行掺杂。
3.根据权利要求1所述的超级电容器的负极，其特征在于：所述PEDOT与1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺的重量比为1:1-4:1。
4.根据权利要求1所述的超级电容器的负极，其特征在于：所述碳基材料包括用硫酸改性的纳米级的石墨烯、碳纳米管、活性碳、碳纤维中的一种或者多种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的超级电容器的负极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将Cu(NO3)2·3H2O 和硫代乙酰胺一起溶解在足量的乙醇中，并且搅拌均匀；Cu(NO3)2·3H2O和硫代乙酰胺的摩尔比为1:2；
2）向步骤1）的溶液中加入碳基材料，搅拌均匀后一起转移到高压釜中，在150-200℃的问题下反应12-20小时；
3）将步骤2）反应后的产物清洗干净后干燥，得到CuS-C复合材料；
4）步骤3）得到的CuS-C复合材料加入到PEDOT分散液中，搅拌均匀，得到负极浆料；
5）将步骤4）得到的负极浆料涂覆在基体上，烘干得到超级电容器的负极。
6.根据权利要求5所述的超级电容器的负极的制备方法，其特征在于：所述碳基材料包括用硫酸改性的纳米级的石墨烯、碳纳米管、活性碳、碳纤维中的一种或者多种。
7.根据权利要求5所述的超级电容器的负极的制备方法，其特征在于：所述碳基材料与Cu(NO3)2·3H2O的摩尔比为1:5-1:1。
8.根据权利要求5所述的超级电容器的负极的制备方法，其特征在于：步骤4）中CuS-C复合材料与PEDOT分散液中PEDOT的重量比为1：4-1:1。
9.根据权利要求5所述的超级电容器的负极的制备方法，其特征在于：步骤4）中的PEDOT通过1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺掺杂。
10.根据权利要求9所述的超级电容器的负极的制备方法，其特征在于：所述PEDOT与1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺的重量比为1:1-4:1。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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