[发明专利]一种C@F2O3复合结构的电极材料制备的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种C@F₂O₃复合结构的电极材料制备的新方法，具体涉及利用水热法制备复合物的前驱体，然后高温活化合成不同负载量F₂O₃复合材料的方法。

背景技术

非对称超级电容器由于兼具双层电层电容和法拉第赝电容，因此在性能上大大优于对称型超级电容器，近年来吸引了越来越多的关注。非对称超级电容器将不同储能机制的两种电极材料组合。其中一侧电极以氧化还原反应机制来储存和释放能量，这样可以提高整个电容器的能量密度，通常使用金属化合物或导电聚合物作为其电极材料；另一侧电极以双电层机制来储存和释放能量，通常使用碳材料作为其电极材料，这样可以提高整个电容器的功率密度。关于如何提高非对称超级电容器的能量密度，研究人员的研究方向主要是将具有双电层电容的碳材料与具有氧化还原性能的赝电容材料相结合，充分利用不同电压范围内的不同电极材料的电化学特性，以扩大电容器的工作电压，水系对称的赝电容器的工作电压一般不超过1V，而水系非对称电容器的工作电压可以扩展到2V。

作为超级电容器的电极材料主要有：碳材料，过渡金属化合物材料和导电聚合物材料。在这三类材料中，碳材料稳定性好，但其比电容不高。导电聚合物材料种类较少，并且在长时间的使用后结构易膨胀和塌陷。相比较而言，目前，过渡金属氧化物或双氢氧化物由于实用性良好和环境友好，主要用非对称超级电容器中的电极。金属化合物具有较高的比电容，尽管它们自身的电导率较差，但是可以通过合理设计其结构或与其它导电材料进行复合以弥补该缺陷。非对称超级电容器存储能量的多少也取决于负极的性质。多数情况下，低比电容的活性炭或多孔石墨烯作为负极应用于非对称纤维超级电容器。这样的电容器需要更多的碳材料来平衡阴阳极之间的电荷，因此不仅增加了器件体积，而且严重限制了其能量密度。为了解决这个问题，开发具有高比电容的负极材料是使超级电容器的能量密度最大化的研究关键。近年来为了改善电容性能，MoO_x，Bi₂O₃等作为电极材料已经被广泛研究。其中在这些氧化物中，因为Fe₂O₃在碱性溶液中具有可变的氧化态，无毒性和高理论比电容，被认为是替代常规多孔碳电极的非常有前途的选择。然而，由于其本身的电导率低(10^-14S/cm)和氧化还原反应速率慢是限制其作为超级电容器电极的主要问题。虽然通过缩短离子扩散时间或与碳材料结合来提高其性能已经作了许多研究，但Fe₂O₃的比电容仍然相当低，导致其能量密度和功率密度低。专利CN106783236A一种氮掺杂石墨化碳/过渡金属氧化物纳米复合材料制备方法本发明属于过渡金属氧化物纳米复合材料制备技术领域，涉及一种氮掺杂石墨化碳/过渡金属氧化物纳米复合材料制备方法，用于电极材料制备场合，解决工艺制备步骤多，耗时长，复合物比电容低不利于材料应用的难题，能够简便高效的制备氮掺杂石墨化碳/过渡金属氧化物纳米复合材料，采用含氮元素的生物聚合物甲壳胺为结构导向剂和有机前体，以过渡金属盐为反应物，通过共沉淀反应制备复合物，并经过惰性气氛煅烧，利用过渡金属催化石墨化作用制备氮掺杂石墨化碳/过渡金属氧化物纳米复合材料，其制备工艺步骤简单，节能环保，原理可靠，制备成本低，电化学性能好，导电性高，应用广泛，使用环境友好，具有良好的经济效益和广阔的市场前景。专利CN106449159A碳纤维包裹金属氧化物的电容器用柔性电极及制备方法，本发明公开一种碳纤维包裹金属氧化物的电容器用柔性电极及制备方法，通过对金属氧化物纳米粒子表面修饰等，可利用静电纺丝技术制备碳纳米纤维(一维碳材料)腔内包裹金属氧化物纳米粒子柔性膜，用于柔性超级电容电极。不仅柔性好，而且碳纳米纤维可为金属氧化物那纳米粒子工作时的体积变化提供充分的缓冲空间，减小金属氧化物的体积效应，具有比电容高、稳定性好等优点，进一步提高了柔性电容的性能。另外，生产过程无需表面化学沉积或电沉积等方法，操作简单、材料结构可控、成本低，适合大批量工业生产。本专利主要利用木质素为碳源，原位合成C@F₂O₃复合材料作为电极，此种方法文献及专利中未见报道。

发明内容

为实现本发明所提供的技术方案是：