本發(fā)明涉及一種新能源領(lǐng)域，特別涉及一種超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法
背景技術(shù)：
化石能源被大量用于能源器件當(dāng)中，由于化石能源是一種不可再生能源，同時(shí)較低的能量轉(zhuǎn)化效率限制了它在電子器件中的應(yīng)用和發(fā)展。而超級(jí)電容器由于具有較高電容量、能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)和充放電速度快等優(yōu)點(diǎn)，成為替代傳統(tǒng)化石能源的一種新能源。具體來(lái)講，超級(jí)電容器是一種新型的儲(chǔ)能元件，因其容量大、可大電流快速充放電、循環(huán)壽命持久等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于啟動(dòng)電源、脈沖電源、軍事、移動(dòng)通訊裝置、計(jì)算機(jī)以及電動(dòng)汽車(chē)等研究領(lǐng)域中。按照儲(chǔ)能機(jī)理的不同，超級(jí)電容器可分為以下三種：雙電層電容器、法拉第贗電容和混合超級(jí)電容器。雙電層電容器主要是通過(guò)在電極/電解質(zhì)之間的界面上所形成的雙電層來(lái)儲(chǔ)能，該類(lèi)電容器具有很高的功率密度和極好的循環(huán)性能。法拉第贗電容器，主要是通過(guò)在電極的表面或體相中的二維空間發(fā)生快速可逆的化學(xué)吸附/脫附或氧化還原反應(yīng)來(lái)儲(chǔ)能，該反應(yīng)的特點(diǎn)是有法拉第電流產(chǎn)生，其理論比電容和能量密度比雙電層電容器高出10～100倍。
目前商業(yè)化超級(jí)電容器電極材料一般采用活性炭，因?yàn)榛钚蕴坑匈|(zhì)量輕、比表面積高、導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)，但是以活性炭為電極材料的超級(jí)電容器的比電容低，比表面積利用率低等缺點(diǎn)，難以滿(mǎn)足大能量體系的設(shè)備，為了克服缺點(diǎn)，商業(yè)途徑一般采用活性炭/金屬氧化物的復(fù)合電極材料，但由于比表面積損失嚴(yán)重，負(fù)載率低等缺點(diǎn)限制了復(fù)合電極的性能，因此研究合適的負(fù)載基體材料來(lái)提高復(fù)合電極的性能是迫切需求的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供了一種金屬氧化物包覆多孔“花形”碳球(或者多孔“花形”碳球負(fù)載金屬氧化物)的復(fù)合電極材料并將其應(yīng)用在超級(jí)電容器當(dāng)中。本發(fā)明制備的多孔“花形”碳球具有超高的比表面積以及多級(jí)孔洞結(jié)構(gòu)，這種多級(jí)空洞結(jié)構(gòu)提高了比表面的利用率成為金屬氧化物優(yōu)良的載體，同時(shí)利用“花形”碳球優(yōu)異的導(dǎo)電性，可以提高半導(dǎo)體金屬氧化物的導(dǎo)電性，而金屬氧化物的贗電容性可以提高超級(jí)電容器的比容量和能量密度。
本發(fā)明涉及的一種超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，包括如下步驟：
步驟(1)：配制15mg/ml的含有6個(gè)結(jié)晶水的硝酸鋅溶液，然后向該溶液中加入一定量的尿素和L-天冬酰胺直至溶解，其三物質(zhì)的質(zhì)量比為硝酸鋅:尿素:L-天冬酰胺＝1:0.5:1,將上述溶液裝入聚四氟乙烯內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜中，100-130℃反應(yīng)3-12h。將反應(yīng)得到的堿式碳酸鋅經(jīng)洗滌干燥待用；
步驟(2)：配制8mg/ml經(jīng)步驟(1)得到的堿式碳酸鋅溶液，然后依次加入一定量的十八烷基溴化銨和間苯二酚以及一定體積的乙醇和氨水，其中堿式碳酸鋅:十六烷基三甲基溴化銨:間苯二酚的質(zhì)量比為1:4:0.7，在35℃下攪拌半小時(shí)后加入甲醛溶液，其中乙醇:甲醛的體積比為60:1，隨后在35℃下反應(yīng)6-12h，取出靜置12h，離心分離產(chǎn)物干燥，將上述干燥后的物質(zhì)置于管式碳化爐中在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下以5℃/min的升溫速率依次在150℃下保溫1h，300℃下保溫30min，800℃下保溫2h，將所得的黑色粉末用1M HCl溶液洗滌數(shù)次，干燥后即可得到多孔“花形”碳球；
步驟(3)：將步驟(2)中的多孔“花形”碳球加入到0.02M的金屬鹽溶液中，其中多孔“花形”碳球:金屬鹽溶液的濃度為1mg/ml，將上述溶液置于水熱反應(yīng)釜中，160℃反應(yīng)12h，將產(chǎn)物洗滌干燥，即可得到金屬氧化物包覆多孔“花形”碳球或者多孔“花形”碳球負(fù)載金屬氧化物；
步驟(4)：將步驟(3)的金屬氧化物包覆多孔“花形”碳球或者多孔“花形”碳球負(fù)載金屬氧化物組裝成超級(jí)電容器，其所用電解液為1MNa2SO4溶液，在電化學(xué)工作站和恒流充放電儀器上分別進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。
所述步驟(3)中金屬鹽為高錳酸鉀，硝酸鈷中的任意一種。
附圖說(shuō)明
圖1是采用本發(fā)明實(shí)施例1所制備的多孔“花形”碳球的SEM圖
具體實(shí)施方式
以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，這些實(shí)施例不應(yīng)理解成對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍構(gòu)成限制。
實(shí)施例1
步驟(1)：向裝有80ml去離子水的燒杯中依次加入1.2g的含有6個(gè)結(jié)晶水的硝酸鋅、0.6g的尿素和1.2g的L-天冬酰胺，攪拌均勻使其充分溶解，將上述溶液裝入100ml的水熱釜中，130℃反應(yīng)3h，將反應(yīng)得到的產(chǎn)物洗滌干燥，即得到白色堿式碳酸鋅粉末；
步驟(2)：向裝有100ml水的反應(yīng)容器中加入0.8g步驟(1)中的堿式碳酸鋅，3.45g的十六烷基三甲基溴化銨，0.525g的間苯二酚，然后向容器中倒入45ml的乙醇和0.2ml的氨水，將上述混合物在35℃下充分?jǐn)嚢?.5h后滴入0.75ml的甲醛溶液，保持35℃反應(yīng)6h，將所得反應(yīng)物離心、洗滌、干燥后置于管式碳化爐中以5℃/min升溫速率在150℃下保溫1h、300℃下保溫0.5h、800℃下保溫2h，將所得的黑色粉末用1M HCl溶液洗滌數(shù)次，干燥后即可得到多孔“花形”碳球；
步驟(3)：取0.35g步驟(2)中的多孔“花形”碳球加入到35ml濃度為0.02M的高錳酸鉀溶液中，將上述溶液置于水熱反應(yīng)釜中，160℃反應(yīng)12h，將產(chǎn)物洗滌干燥，即可得到氧化錳包覆多孔“花形”碳球；
步驟(4)：將步驟(3)的氧化錳包覆多孔“花形”碳球組裝成超級(jí)電容器，其所用電解液為1MNa2SO4溶液，在電化學(xué)工作站和恒流充放電儀器上分別進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，經(jīng)測(cè)試結(jié)果表明，超級(jí)電容器在充放電電流密度為1A/g時(shí)的電極比電容高達(dá)550F/g，在掃描速率為10mV/s時(shí)，比電容高達(dá)525F/g。
實(shí)施例2
與實(shí)施例1不同在于其步驟(1)所述的反應(yīng)條件為100℃下反應(yīng)5h，經(jīng)測(cè)試結(jié)果表明，超級(jí)電容器在充放電電流密度為1A/g時(shí)的電極比電容高達(dá)456F/g，在掃描速率為10mV/s時(shí)，比電容高達(dá)423F/g。
實(shí)施例3
與實(shí)施例1不同在于步驟(2)所述的反應(yīng)時(shí)間8h，經(jīng)測(cè)試結(jié)果表明，超級(jí)電容器在充放電電流密度為1A/g時(shí)的電極比電容高達(dá)451F/g，在掃描速率為10mV/s時(shí)，比電容高達(dá)420F/g。
實(shí)施例4
與實(shí)施例1不同在于其步驟(2)所述的反應(yīng)時(shí)間10h，經(jīng)測(cè)試結(jié)果表明，超級(jí)電容器在充放電電流密度為1A/g時(shí)的電極比電容高達(dá)328F/g，在掃描速率為10mV/s時(shí)，比電容高達(dá)300F/g。
實(shí)施例5
與實(shí)施例1不同在于其步驟(3)所述的金屬鹽溶液為硝酸鈷溶液，所得產(chǎn)物為多孔“花形”碳球負(fù)載氧化鈷，經(jīng)測(cè)試結(jié)果表明，超級(jí)電容器在充放電電流密度為1A/g時(shí)的電極比電容高達(dá)540F/g，在掃描速率為10mV/s時(shí)，比電容高達(dá)501F/g。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。