[发明专利]一种复合电极材料及制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明属于金属氧化物纳米材料合成技术领域，特指利用简单快速的水热方法合成一种FeCo₂O₄@MnO₂复合电极材料，使用其制备成FeCo₂O₄@MnO₂//AC非对称超级电容器(ASC)，可点亮LED灯泡。

背景技术

进入新世纪以来，随着煤、石油和天然气等不可再生能源的不断消耗，化石燃料燃烧引起的温室效应等环境问题日益突出，经济发展与能源供给之间的矛盾加剧，所以为了改善生态环境，实现社会的可持续性发展，发展高效的储能装置是解决可再生能源发电入网问题的有效途径，被认为是支撑可再生能源发展的战略性技术，得到了各国政府和企业界的广泛关注。

碳布具有价格便宜、制备工艺简单、高导电性及化学性质稳定等优点，是一种理想的电极基体材料；而且其柔性好、机械性能高，是未来柔性电极与柔性电子设备的发展方向。

钴酸铁(FeCo₂O₄)是一种三元金属氧化物电极材料，其比电容远远大于活性炭材料表面的双电层电容,并且具有良好的导电性和容易制备等特点。

二氧化锰(MnO₂)是一种很重要并且被广泛应用的二元金属氧化物材料，价廉低毒，且具有高的赝电容以及环境友好等特点，将其制备成纳米结构，不仅具有比表面积高、阳离子和电子传输路径短的特点，而且可以减缓弯曲压力的冲击，使得MnO₂可以应用于柔性储能电极材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种简单的FeCo₂O₄@MnO₂复合电极材料的合成方法。

本发明通过以下几个步骤实现：

(1)将硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)、六水合硝酸钴(Co9(NO₃)₂·6H₂O)、尿素(CO(NH₂)₂)和氟化铵(NH₄F)溶于水中配制成溶液混合搅拌，再置入碳布，第一次水热反应结束后，洗涤、干燥，得到负载FeCo₂O₄前驱物的碳布；再将上述负载着前驱物的碳布置入高锰酸钾溶液中，第二次水热反应结束后，洗涤、干燥、煅烧即得负载上了FeCo₂O₄@MnO₂复合电极材料的碳布。

所述的硫酸亚铁、六水合硝酸钴、尿素和氟化铵的物质的量之比为：1:2:5:2。

所述高锰酸钾溶液的浓度为0.05M。

所述第一次水热反应的条件为：140℃的条件下水热反应7h。

所述第二次水热反应的条件为：140℃的条件下水热反应6h。

所述煅烧条件为：400℃的条件下煅烧2h。

(2)利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X光电子能谱仪等仪器对产物进行结构分析，使用CHI 760E型电化学工作站对产物进行电化学性能的研究。

(4)当采用本发明制备出的复合电极材料作为正极，使用活性炭(AC)作为负极，制备成一个非对称超级电容器(ASC)的时候，串联两个上述ASC在3.2V的条件下充电40s，能点亮LED灯泡。

本发明所制备的FeCo₂O₄@MnO₂复合电极材料，三元金属氧化物FeCo₂O₄具有较高的导电性，作为骨架不仅增加了表面活性位点，而且为生长在其表面的MnO₂提供了有效的电子连接，从一定程度上大大地解决了MnO₂导电性低的问题，并且本复合电极材料作为正极材料制备成非对称超级电容器的时候，具有较高的功率密度和能量密度，因此该复合材料在储能领域有一定的潜力。

有益效果