[发明专利]一种柔性固态非对称超级电容器件及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种柔性固态非对称超级电容器件，其特征在于：包括正极材料、负极材料和固态电解液；所述的正极材料为以柔性碳布为基底的氮掺杂和氧缺陷修饰的锰酸锌纳米管阵列材料；所述的负极材料为以柔性碳布为基底的三维石墨烯纳米材料；

所述的正极材料为以柔性碳布为基底的氮掺杂和氧缺陷修饰的锰酸锌纳米管阵列材料通过如下步骤制备得到：

(1)ZnO纳米棒阵列材料的制备：将硝酸锌、硝酸铵溶解在去离子水中，超声分散均匀，得到反应体系A；以石墨电极为对电极，以柔性碳布基底为工作电极，进行电化学沉积反应；将反应产物洗涤、干燥，得到在柔性碳布基底上生长的ZnO纳米棒阵列材料；

(2)ZnO@ZMO核壳纳米棒阵列材料的制备：将乙酸锌、乙酸锰和水混合，得到反应体系B；再加入无水乙醇超声分散均匀，得到反应体系C；将反应体系C的pH值调节到9.5～10.5，以石墨电极为对电极，以步骤(1)得到的ZnO纳米棒阵列材料为工作电极，进行电化学沉积反应；将反应产物洗涤、干燥，得到在柔性碳布基底上生长的ZnO@ZMO核壳纳米棒阵列材料；

(3)ZMO纳米管阵列材料的制备：将步骤(2)得到ZnO@ZMO核壳纳米棒阵列材料浸没在硫酸溶液(H₂SO₄)中，去除ZnO纳米棒阵列材料，得到ZMO纳米管阵列材料；

(4)制备N-ZMO纳米管阵列材料：将步骤(3)得到的ZMO纳米管阵列材料置于真空环境中，在氨气气氛下进行热还原反应，得到氮掺杂和氧空位修饰的锰酸锌纳米管阵列材料；

所述的三维石墨烯 纳米材料通过如下步骤制备得到：

(I)通过Hummers法制备氧化石墨烯，然后加入水中进行分散，得到氧化石墨烯悬浮液；

(II)将氧化石墨烯悬浮液和碳布混合，反应，得到石墨烯凝胶；

(III)将得到的石墨烯凝胶用乙醇和水冲洗，干燥，得到三维石墨烯 纳米材料。

2.根据权利要求1所述的柔性固态非对称超级电容器件，其特征在于：

步骤(1)中所述的硝酸锌和所述的硝酸铵按摩尔比1：4～6配比混合；

步骤(1)中所述的硝酸锌在所述的反应体系A中的浓度为0.8～1.2mmol L^-1；

步骤(1)中所述的电化学沉积反应的温度为50～100℃；

步骤(1)中所述的电化学沉积反应的电流密度为0.2～0.6mA cm^-2；

步骤(1)中所述的电化学沉积反应的时间为0.5～3h；

步骤(2)中所述的乙酸锌和所述的乙酸锰按摩尔比1：1.5～2.5配比混合；

步骤(2)中所述的乙酸锌在所述的反应体系B中的浓度为0.8～1.2mmol L^-1；

步骤(2)中所述的乙酸锰在所述的反应体系B中的浓度为1.5～2.5mmol L^-1；

步骤(2)中所述的乙醇的用量按乙醇：水＝体积比1：13～16配比混合；

步骤(2)中所述的电化学沉积反应的温度为10～60℃；

步骤(2)中所述的电化学沉积反应的电流密度为0.1～0.5mA cm^-2；

步骤(2)中所述的电化学沉积反应的时间为0.1～80h；

步骤(3)中所述的硫酸溶液为浓度为2mmol L^-1的硫酸溶液；

步骤(3)中所述的浸没的时间为4～6h；

步骤(4)中所述的真空环境的压强为10～30mTorr；

步骤(4)中所述的氨气的注入速度为50～150mL min^-1；

步骤(4)中所述的热还原反应的温度为100～600℃；

步骤(4)中所述的热还原反应的时间为0.5～6。