[发明专利]一种Sr-Bi-O/C复合材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种Sr‑Bi‑O/C复合材料、制备方法及其应用，所述复合材料是将平均粒径为50‑200nm的球形Sr‑Bi‑O材料分散于由碳纳米管或石墨烯形成的絮网状结构中，所述Sr‑Bi‑O/C复合材料中碳纳米管或石墨烯与Sr‑Bi‑O材料的重量比为1:4～8。本发明的Sr‑Bi‑O/C复合材料可负载于泡沫镍上制备超级电容器电极，该电极性能优异，具有较高的比电容量和倍率放电性能，同时循环稳定性能好。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，尤其涉及一种Sr-Bi-O/C复合材料、其制备方法及其应用。

背景技术

超级电容器作为一种新兴储能方式，对新能源及分布式微网的发展具有重要意义。目前储能方式分为物理储能与化学储能两种。飞轮储能、压缩空气储能、抽水蓄能等物理储能方式的使用受场地等限制较大，很难实现广泛应用。化学储能中，超级电容器与钠硫电池、全钒电池、液流电池、锂离子电池等材料相比循环效率高，使用寿命长，能量密度相对较大，能够实现快速充放电，克服新能源发电技术的不稳定性、不可预测性，并且在电子、电力、汽车等领域都有广阔的应用前景。

与其他的储能系统相比，超级电容器具有更高的可靠性，因此使其能够在各种可靠性较高的应用领域得以广泛使用，比如作为一些重要工业流程的备用电源。国外研究超级电容器起步较早，技术成熟。它们均把超级电容器作为国家级的重点研究项目，提出了短期以及长期的发展计划。美国、俄罗斯、日本、韩国的一些公司凭借多年的研究开发和技术积累，目前在世界上处于领先地位，占据了几乎整个超级电容市场。日本的NEC公司、松下公司、Tokin公司、NCC公司均有超级电容等一系列产品，规格较为齐全，适用范围广，占据较大的市场。美国的Maxwell公司的UC系列产品体积小、内阻小、串并联容易，但价格较高。俄罗斯的ECOND公司对超级电容器已有30多年的研究历史，该公司代表俄罗斯的先进水平，其产品以大功率产品为主，且有价格优较低，适用于新能源汽车动力源。

电极材料是决定超级电容器性能的最重要的因素，当前商用的超级电容器以高比表面积的碳材料为主，这种材料主要基于双电层原理储存电能，具有极高的循环寿命，但是电容量和能量密度相对较低，距离实际应用的要求还有一定的距离。因此如何提高电极材料的电容量是当前超级电容器研究领域的一个关键问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Sr-Bi-O/C复合材料、制备方法及其应用，本发明提供的Sr-Bi-O/C复合材料用作超级电容器电极时电化学性能优异，具有较高的比电容量和较长的循环寿命。

本发明提供了一种Sr-Bi-O/C复合材料，所述复合材料是将平均粒径为50-200nm的球形Sr-Bi-O材料分散于由碳纳米管或石墨烯形成的絮网状结构中，所述Sr-Bi-O/C复合材料中碳纳米管或石墨烯与Sr-Bi-O材料的重量比为1:4～8。

优选的，所述Sr-Bi-O材料包括以下方法制备：

(1)将Bi源溶解于去离子水中，然后依次加入Sr源和柠檬酸，并充分搅拌均匀，浸渍8-12h，所述Bi源中Bi元素和Sr源中Sr元素的摩尔比为2-5：1，加入的柠檬酸与Sr源的重量比为0.8-1.5:1；

(2)将浸渍后的混合溶液置于50-90℃恒温水浴锅中，并滴入聚乙二醇600，充分搅拌直至形成溶胶即停止滴加，继续在该恒温水浴锅中搅拌脱水形成凝胶，凝胶形成后停止搅拌，并继续脱水形成原粉；

(3)将制得的原粉在600-1000℃空气气氛煅烧6-12h，冷却至室温，研磨3-5h后所得黄色粉末即为纳米材料Sr-Bi-O。

优选的，所述Sr源选自硝酸锶，所述Bi源选自硝酸铋或氧化铋。

优选的，所述碳纳米管或石墨烯包括以下方法制备：

(1)采用多壁碳纳米管或石墨烯为原料，并将其溶解于去离子水中，所述多壁碳纳米管的外径小于8nm，且长度为0.5-2m；