CN116631784A - 一种超级电容器用电极活性材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电极活性材料制备技术领域，公开了一种超级电容器用电极活性材料及制备方法，包括MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料，其中按重量配制比例：MXene占比设为5‑10份，多孔碳占比设为3‑5份，MOF占比设为6‑12份，石墨烯占比设为4‑8份，金属氧化物占比设为10‑22份，活性炭占比设为2‑6份，单分子厚度材料占比设为7‑15份。该超级电容器用电极活性材料及制备方法，具有良好的导电性能和表面积，可以增加电极的储存能力和传输速率，可以提高电极的吸附能力和承载量，增强电极的反应性能，需要根据超级电容器的具体需求和应用场合，选择合适的组合比例和混合方法，从而实现最佳性能的提高。
Description
技术领域
本发明涉及电极活性材料制备技术领域，具体为一种超级电容器用电极活性材料及制备方法。
背景技术
超级电容器是近几十年发展起来的一种新型储能器件，具有功率密度大、循环寿命长、低温性能好等特点，已在电力、交通、工业等领域得到了广泛的应用。随着人们对于储能要求的不断提高，超级电容器以其功率密度大、循环寿命长等优点引起人们的广泛关注，并且在近些年得到了飞速发展，它填补了传统静电容器(高功率密度、低能量密度)和化学电池(高能量密度、低功率密度)的空白。超级电容器作为一种新型绿色新能源存储器件，在众多行业或领域展示出巨大的应用潜力或前景。锂离子电池的正极和负极分别含有作为活性材料的可逆嵌锂材料，其中，正极活性材料比负极活性材料具有更高的电势。常用的正极活性材料主要是锂过渡金属复合氧化物或锂过渡金属磷酸盐，如钴酸锂、锰酸锂、二元材料、三元材料、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂及磷酸锰铁锂等，常用的负极活性材料主要是碳材料，如石墨，另外也有锂过渡金属复合氧化物，如钛酸锂等。电极活性材料是电池、超级电容器等储能装置中的核心材料，其制备方法对设备性能和寿命至关重要。现有超级电容器用的电极活性材料不具备良好的导电性能和表面积，电极的储存能力和传输速率较低，电极的吸附能力和承载量不足，适用范围局限。为此，需要设计相应的技术方案给予解决。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种超级电容器用电极活性材料及制备方法，解决了现有超级电容器用的电极活性材料不具备良好的导电性能和表面积，电极的储存能力和传输速率较低，电极的吸附能力和承载量不足，适用范围局限的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种超级电容器用电极活性材料，包括MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料，其中按重量配制比例：MXene占比设为5-10份，多孔碳占比设为3-5份，MOF占比设为6-12份，石墨烯占比设为4-8份，金属氧化物占比设为10-22份，活性炭占比设为2-6份，单分子厚度材料占比设为7-15份。
优选的，包括MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料，其中按重量配制比例：MXene占比设为5份，多孔碳占比设为3份，MOF占比设为6份，石墨烯占比设为4份，金属氧化物占比设为10份，活性炭占比设为2份，单分子厚度材料占比设为7份。
优选的，包括MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料，其中按重量配制比例：MXene占比设为10份，多孔碳占比设为5份，MOF占比设为12份，石墨烯占比设为8份，金属氧化物占比设为22份，活性炭占比设为6份，单分子厚度材料占比设为15份。
优选的，制备步骤包括如下：
S1，首先，将MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料混合在一起，并使用溶剂将其均匀分散；
S2，然后，将混合物涂覆在电极基底上，并使用高温烧结或其他适当的方法将它们固定在一起，形成一个紧密的电极结构；
S3，首先准备电解液溶液，其中包括所需的离子和其他辅助成分；
S4，将电极材料浸泡在电解液溶液内部，使其完全湿润，时间控制在30min左右；
S5，将电极材料放入真空烘箱中，在适当的温度下进行干燥处理，去除残余水分；
S6，将电极材料与另一根电极连接，形成超级电容器。
优选的，所述金属氧化物在高温下混合氧化物粉末，使其反应生成复合氧化物，然后通过热处理或溶剂法制备所需的形态。
优选的，将多孔碳、活性炭与金属氧化物进行球磨混合，并经过热解和活化等处理，制备出碳基复合材料。
优选的，所述金属氧化物由钼酸锂、钒酸铁或氧化钛其中一种或多种制成。
优选的，所述单分子厚度材料包括有硫化钼或硫化铜其中一种或多种。
(三)有益效果
该超级电容器用电极活性材料及制备方法，具有良好的导电性能和表面积，可以增加电极的储存能力和传输速率，可以提高电极的吸附能力和承载量，增强电极的反应性能，需要根据超级电容器的具体需求和应用场合，选择合适的组合比例和混合方法，从而实现最佳性能的提高，提高电容器的能量密度和循环寿命。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种技术方案：一种超级电容器用电极活性材料，包括MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料，其中按重量配制比例：MXene占比设为5-10份，多孔碳占比设为3-5份，MOF占比设为6-12份，石墨烯占比设为4-8份，金属氧化物占比设为10-22份，活性炭占比设为2-6份，单分子厚度材料占比设为7-15份。
进一步改进地，包括MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料，其中按重量配制比例：MXene占比设为5份，多孔碳占比设为3份，MOF占比设为6份，石墨烯占比设为4份，金属氧化物占比设为10份，活性炭占比设为2份，单分子厚度材料占比设为7份。
进一步改进地，包括MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料，其中按重量配制比例：MXene占比设为10份，多孔碳占比设为5份，MOF占比设为12份，石墨烯占比设为8份，金属氧化物占比设为22份，活性炭占比设为6份，单分子厚度材料占比设为15份。
进一步改进地，制备步骤包括如下：
S1，首先，将MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料混合在一起，并使用溶剂将其均匀分散；
S2，然后，将混合物涂覆在电极基底上，并使用高温烧结或其他适当的方法将它们固定在一起，形成一个紧密的电极结构；
S3，首先准备电解液溶液，其中包括所需的离子和其他辅助成分；
S4，将电极材料浸泡在电解液溶液内部，使其完全湿润，时间控制在30min左右；
S5，将电极材料放入真空烘箱中，在适当的温度下进行干燥处理，去除残余水分；
S6，将电极材料与另一根电极连接，形成超级电容器。
进一步改进地，所述金属氧化物在高温下混合氧化物粉末，使其反应生成复合氧化物，然后通过热处理或溶剂法制备所需的形态。
进一步改进地，将多孔碳、活性炭与金属氧化物进行球磨混合，并经过热解和活化等处理，制备出碳基复合材料。
进一步改进地，所述金属氧化物由钼酸锂、钒酸铁或氧化钛其中一种或多种制成。
具体改进地，所述单分子厚度材料包括有硫化钼或硫化铜其中一种或多种。
石墨烯是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料，采用的是双层石墨烯由两层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式(包括AB堆垛、AA堆垛等)堆垛构成的一种二维碳材料。
工作原理：MXene是由金属、碳和氮等元素组成的二维材料，具有高比表面积和导电性能，适合作为超级电容器电极材料，MXene材料的优势在于其极高的离子扩散速度和优异的机械稳定性；多孔碳材料可以通过控制碳化条件来调节其孔径和孔隙结构，从而实现优化设计，具有大量的微孔和介孔，可提高电极的比表面积和储能性能，同时，多孔碳材料还具有优异的化学稳定性和循环寿命；MOF(金属有机骨架材料)是一种由金属离子和有机配体组成的晶体材料，具有高度可控的孔结构和表面化学性质，其孔径可调节，并可吸附不同的分子，具有广泛的应用前景；石墨烯是由碳原子构成的单层二维晶体材料，具有高导电性、高比表面积的优势，可以制备成片状、膜状或纳米结构的形式，适合作为超级电容器电极材料；金属氧化物在超级电容器领域已经得到了广泛的应用，例如钼酸锂、钒酸铁、氧化钛等，具有较高的比表面积和导电性能，可显著提高超级电容器的储能性能；活性炭是一种常见的电极材料，但近年来研究人员对其进行了改进，如制备高比表面积的超级活性炭，具有较高的储能密度和长循环寿命；单分子厚度材料是一种由单个分子构成的二维材料，如硫化钼、硫化铜等，具有极高的比表面积和电容量，可用作超级电容器的电极材料。以上几种新材料都具有优异的性能和潜在的应用前景，有助于推动超级电容器的性能提升，为可再生能源的大规模储存提供更好的解决方案。
因此，在混合这些材料的过程中，需要根据超级电容器的具体需求和应用场合，选择合适的组合比例和混合方法，从而实现最佳性能的提高。这需要在深入了解材料特性的基础上，进行多方面的实验和优化。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种超级电容器用电极活性材料，其特征在于，包括MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料，其中按重量配制比例：MXene占比设为5-10份，多孔碳占比设为3-5份，MOF占比设为6-12份，石墨烯占比设为4-8份，金属氧化物占比设为10-22份，活性炭占比设为2-6份，单分子厚度材料占比设为7-15份。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器用电极活性材料，其特征在于：包括MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料，其中按重量配制比例：MXene占比设为5份，多孔碳占比设为3份，MOF占比设为6份，石墨烯占比设为4份，金属氧化物占比设为10份，活性炭占比设为2份，单分子厚度材料占比设为7份。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容器用电极活性材料，其特征在于：包括MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料，其中按重量配制比例：MXene占比设为10份，多孔碳占比设为5份，MOF占比设为12份，石墨烯占比设为8份，金属氧化物占比设为22份，活性炭占比设为6份，单分子厚度材料占比设为15份。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器用电极活性材料的制备方法，其特征在于，制备步骤包括如下：
S1，首先，将MXene、多孔碳、MOF、石墨烯、金属氧化物、活性炭和单分子厚度材料混合在一起，并使用溶剂将其均匀分散；
S2，然后，将混合物涂覆在电极基底上，并使用高温烧结或其他适当的方法将它们固定在一起，形成一个紧密的电极结构；
S3，首先准备电解液溶液，其中包括所需的离子和其他辅助成分；
S4，将电极材料浸泡在电解液溶液内部，使其完全湿润，时间控制在30min左右；
S5，将电极材料放入真空烘箱中，在适当的温度下进行干燥处理，去除残余水分；
S6，将电极材料与另一根电极连接，形成超级电容器。
5.根据权利要求4所述的一种超级电容器用电极活性材料的制备方法，其特征在于：所述金属氧化物在高温下混合氧化物粉末，使其反应生成复合氧化物，然后通过热处理或溶剂法制备所需的形态。
6.根据权利要求4所述的一种超级电容器用电极活性材料的制备方法，其特征在于：将多孔碳、活性炭与金属氧化物进行球磨混合，并经过热解和活化等处理，制备出碳基复合材料。
7.根据权利要求4所述的一种超级电容器用电极活性材料的制备方法，其特征在于：所述金属氧化物由钼酸锂、钒酸铁或氧化钛其中一种或多种制成。
8.根据权利要求4所述的一种超级电容器用电极活性材料的制备方法，其特征在于：所述单分子厚度材料包括有硫化钼或硫化铜其中一种或多种。
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| CN106783201A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-05-31 | 东华大学 | 一种硫化钼/三氧化二铁复合材料及其制备方法和应用 |
| CN114207757A (zh) * | 2019-06-26 | 2022-03-18 | 索尔维派公司 | 用于制造基于离子液体的超级电容器的电极的方法和设备以及用于制造这样的超级电容器的方法 |
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