[发明专利]一种四氧化三钴多孔微球及其制备方法和在光辅助超级电容器中的应用

说明书

本发明涉及一种光辅助超级电容器及其制备方法。属于能源材料技术领域。采用的技术方案是：通过一步水热法合成Co₃O₄前驱体，将其在500℃下煅烧4小时，得到Co₃O₄多孔微球。以上述合成的Co₃O₄为工作电极，饱和Ag/AgCl电极为参比电极，Pt网为对电极，另外，以TiO₂为光辅助电极，在6M KOH中测试了Co₃O₄多孔微球光照前后的电化学性能。本发明制备的光辅助超级电容器在光照后，比电容值可达352F/g，与未经光照(317F/g)时相比，比电容值提高了11％。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，尤其涉及一种四氧化三钴多孔微球及其制备方法和在光辅助超级电容器中的应用。

背景技术

随着人们对能源和环境问题的日益关注，提高电化学能量的转换和储存成为迫切的需求。超级电容器具有长循环寿命、快速充放电效率、高功率密度、低成本，被广泛应用于能量存储与转化领域，例如，激光设备、智能电网系统、混合动力汽车、便携式电子设备等。太阳能因其丰度高、可及性好、清洁度高而被认为是最有发展前景的能源，广泛应用于催化、光电器件和能量转换等领域。其中，光辅助充电储能设备，例如光辅助超级电容器，是实现太阳能利用的一种有效方式。

近几年来，电极材料作为超级电容器的核心部件，已经报道了很多具有高性能的电极材料，如金属氧化物、金属硫化物、金属氢氧化物、多孔碳材料等，已经得到广泛的研究合成并成功应用于三电极体系中。其中，四氧化三钴是一种可变价过渡金属氧化物，能够发生可逆氧化还原反应，有利于电荷存储，具有较高的理论电容(3560F/g^-1)，得到大部分研究者的青睐。然而，它们的导电性较差，限制了储能的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于针对超级电容器的储能能力不足，提供一种方法简单，价格低廉的制备方法，得到了四氧化三钴多孔微球，将其作为储能材料，应用于光辅助超级电容器中。

本发明制备的光辅助超级电容器，是以四氧化三钴多孔微球作为工作电极，饱和Ag/AgCl为参比电极，Pt网为对电极，以二氧化钛为光辅助电极，6M KOH作为电解质溶液。本发明构筑的光辅助超级电容器光照前后的比电容值明显提高，同时在循环稳定性、能量密度和功率密度上也表现出了卓越的性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种四氧化三钴多孔微球，制备方法包括如下步骤：

步骤一：四氧化三钴前驱体：将Co(NO₃)₂·6H₂O和NaOH同时加入到蒸馏水中，搅拌溶解，将整个体系转入高压釜中进行反应，冷却至室温后，过滤，洗涤，真空干燥，得到四氧化三钴前驱体；

步骤二：四氧化三钴多孔微球：步骤一得到的四氧化三钴前体在马弗炉中进行烧制，取出后冷却至室温，得到四氧化三钴多孔微球。

上述的一种四氧化三钴多孔微球，步骤一中，按摩尔比，Co(NO₃)₂·6H₂O：NaOH＝4-8：1。

上述的一种四氧化三钴多孔微球，步骤一中，按固液比，Co(NO₃)₂·6H₂O：蒸馏水＝11-60g：40mL。

上述的一种四氧化三钴多孔微球，步骤一中，将反应物分散在蒸馏水中，转移至高压反应釜中，在180℃下反应5h。

上述的一种四氧化三钴多孔微球，步骤二中，在马弗炉中烧制的温度为500℃，烧制时间为4h。