[发明专利]一种中空核壳结构超级电容器材料Fe-Co-S/NF及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及超级电容器材料技术领域，尤其涉及一种中空核壳结构超级电容器材料Fe‑Co‑S/NF及其制备方法和应用。所述方法包括：1)将钴源、有机配体和溶剂配制成反应溶液，将泡沫镍浸泡在该反应溶液中反应，得到Co‑MOF/NF；2)将Co‑MOF/NF浸泡在硫酸亚铁水溶液中，完成后取出Co‑MOF/NF，干燥得到LDH@Co‑MOF/NF；(3)将硫源、溶剂和LDH@Co‑MOF/NF在密封条件下反应，反应结束后对反应产物干燥，即得。本发明将钴基MOF生长在泡沫镍上，并作为模板原位合成具有超高性能的Fe‑Co‑S电极材料，这种电极材料用于构建高性能的超级电容器自支撑电极材料，表现出超级高的质量比电容。

技术领域

本发明涉及超级电容器材料技术领域，具体的，涉及一种具有中空核壳结构的超级电容器材料(Fe-Co-S/NF)及其制备方法和应用。

背景技术

本发明背景技术中，公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的电源，具有功率密度高、放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优势。因此，可以广泛应用于辅助峰值功率、备用电源、存储再生能量、替代电源等不同的应用场景，在工业控制、电力、交通运输、智能仪表、消费型电子产品、国防、通信、新能源汽车等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力。

目前，商用的超级电容器以具有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荷，具有极高的循环寿命，但是电容量和能量密度相对较低，难以满足实际的应用。因此如何提高电极材料的容量是目前超级电容器的一个关键问题。赝电容电极材料其工作原理是基于通过电解液中离子在电极活性物质中发生快速可逆的氧化还原反应而将电荷储存，其理论容量比基于双电层原理的碳材料要高得多。赝电容材料主要包括：金属氧化物，金属硫化物，金属氢氧化物等，其中金属硫化物具有比金属氧化物更好的导电性和更高的比容量，可以用来作为理想的超级电容器材料。

本发明认为：为电极材料构建一个有利的纳米结构是一种有效提高性能的方法；金属有机骨架材料(MOFs)是由含氧、氮等的多齿有机配体大多是芳香化合物和多碱与过度金属离子通过自组装而形成的配位聚合物，目前，已经被广泛应用作吸附材料、催化材料、磁性材料、光学材料和储能材料,尤其是在储能领域的应用引起了众多学者的高度关注。例如，张贺贺等(参考文章：基于Fe/Co-MOF制备的高性能镍铁电池铁电极及其电化学性能，材料导报，2018年3月(A)第32卷第3期)报道了一种基于Fe/Co-MOF制备镍铁电池铁电极的新思路，并系统研究了该材料的电化学性能，结果显示：Fe/Co-MOF烧结产物的放电平台稳定在1.18V，比Fe-MOF烧结产物的放电平台(1.10V)高约0.08V。尽管Fe/Co-MOF烧结产物在前10次循环出现了明显的容量衰减，但之后保持了较好的循环稳定性能，在1.0A·g^-1电流密度下循环90次后比容量稳定在233.1mAh·g^-1，而Fe-MOF烧结后产物的比容量仅为181.2mAh·g^-1。

发明内容

针对上述的不足，本发明旨在提供一种中空核壳结构超级电容器材料Fe-Co-S/NF及其制备方法和应用，本发明将钴基MOF生长在泡沫镍上，并作为模板原位合成具有超高性能的Fe-Co-S电极材料，这种电极材料用于构建高性能的超级电容器自支撑电极材料，表现出超级高的质量比电容。

本发明的第一目的，是提供一种中空核壳结构超级电容器材料Fe-Co-S/NF。

本发明的第二目的，是提供所述超级电容器材料Fe-Co-S/NF的制备方法。

本发明的第三目的，是提供所述中空核壳结构超级电容器材料Fe-Co-S/NF及其制备方法的应用。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：