[发明专利]一种Fe2

说明书

本发明公开了一种Fe₂O₃/纳米碳管复合材料及其制备方法以及超级电容器，其中，纳米Fe₂O₃在复合材料中的重量比为50％～60％，其中，Fe₂O₃纳米颗粒的直径小于10nm，其均匀负载在纳米碳管表面。采用本发明的技术方案，该材料在超级电容器上的性能：以复合材料的总重量为活性物质重量，在‑1.2～‑0.4V电压窗口下，2A/g恒流充放电下，最高比容量可以达到940F/g，具有良好的倍率性能，在4、6、8、10、12、15A/g的电流下，比容量可以达到：873，834，796，754，711，645mAh/g。其容量特性和倍率性能达到目前最佳的氧化铁复合材料。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种Fe₂O₃/纳米碳管复合材料及其制备方法以及超级电容器。

背景技术

超级电容器又叫电化学电容器，是传统电容器和充电电池之间的一种新型储能器件。它具有快速充放电和特点，又具有电化学电池的储能机理。与传统电容器相比，超级电容器具有高功率密度、长循环寿命、无污染、较宽的工作温度范围等特点。目前已市场化的超级电容器主要采用高比表面积的碳材料，其主要还是依靠双电层电容进行储能，其比电容需要进一步提高。而目前正在研究的热点是采用金属氧化物做为超级电容器材料，这种材料可以产生较大的膺电容，因此，具有比碳材料更高的比电容。

金属氧化物作为超级电容器材料主要依靠的膺电容为金属离子的氧化还原反应。这种反应主要发生在与电解液的接触面上。因此，为获得高容量的比电容，需要制备具有纳米尺度的金属氧化物来提高比表面积。同时，减小金属氧化物的尺寸，也有助于电荷快速的从金属氧化物转移到电极。因此，如何制备出颗粒尺寸小、不团聚的金属氧化物纳米颗粒成为研究的重点。

Fe₂O₃具有材料广泛，价格低廉、环境友好等优点，是一种很有前途的超级电容器电极材料。同时，Fe₂O₃的氧化还原电位较低，是制备非对称超级电容器的最主要的负极材料，提高其性能有助于非对称超级电容器的制备。但由于氧化还原反应的发生，导致体积膨胀，从而使循环性能和稳定性差。目前主要研究通过Fe₂O₃与碳材料复合来提高材料的性能。主要的方法为采用水热法，并采用碳材料表面引入带负电的官能团，使铁离子被吸附到碳管表面并最终成为氧化铁，然而这些方法并不能在纳米碳管表面得到均匀的氧化铁纳米颗粒。本课题组也曾公开过专利ZL201510733408采用水热法在多层石墨烯上制备氧化铁纳米颗粒的制备方法。然而多层石墨烯是二维平面型，同时，石墨层层数多，最终的超级电容性能并不是很显著。因此，希望能在一维碳材料纳米碳管表面制备纳米氧化铁。然而将多层石墨烯换为和纳米碳管时，原有的技术不能在这些碳材料上生长纳米氧化铁。究其原因是因为纳米碳管管径小，表面弧度大，分子力小，导致氧化物颗粒更不容易吸附于纳米碳管表面。

故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种电化学性能佳且易于产业化应用的Fe₂O₃/ 纳米碳管复合材料及其制备方法以及超级电容器。

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：

一种Fe₂O₃/纳米碳管复合材料，纳米Fe₂O₃在复合材料中的重量比为 50％～60％，其中，Fe₂O₃纳米颗粒的直径小于10nm，其均匀负载在纳米碳管表面。

作为优选的技术方案，纳米碳管为多壁纳米碳管。