[发明专利]一种三维多孔氮化钴-聚（3,4-乙烯二氧噻吩）柔性复合电极及其制备方法

说明书

本发明涉及能源储存领域，特别是涉及一种三维多孔氮化钴‑聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)柔性复合电极及其制备方法，本发明提供了一种高效稳定的三维多孔氮化钴/聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)柔性复合材料的制备方法，该三维多孔氮化钴‑聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)柔性复合电极材料对于氧气的催化还原、催化水氧化具有很高的电催化活性；以该三维多孔氮化钴‑聚(3,4‑乙烯二氧噻吩)柔性复合电极组装的锌‑空气电池具有良好的容量以及循环稳定性。

技术领域

本发明涉及能源储存领域，特别是涉及一种三维多孔氮化钴-聚(3,4-乙烯二氧噻吩)柔性复合电极及其制备方法。

背景技术

随着可弯曲、折叠的便携式/可穿戴电子设备的快速发展，人们对于柔性储能器件的需求也不断的增加。锂离子电池由于其具有较高的能量密度和输出电压，目前广泛的应用于柔性电子设备。然而，锂资源短缺严重的提高了锂离子电池的成本。此外，可穿戴设备往往与人体直接接触，这对储能设备所使用的电解质和电极材料提出了更高的要求。锂离子电池使用的电解质往往具有较高的可燃性和毒性，其需要高刚性和较大的体积来保证电池的安全性。因而，人们亟需开发得到具有更高能量密度和安全性更高的的柔性储能器件。

可充电的锌空电池作为一种新型绿色储能器件，拥有放电容量大、生产成本低、放电性能稳定、使用安全、无污染、可大功率使用及材料易得、丰富且可再生等诸多特点，受到了人们极大的关注，并在便携式电子设备、通讯系统等领域显示出巨大的应用潜力。但目前锌空气电池仍然面临着功率密度低、大倍率放电容量保持率差、使用寿命和安全性能难以满足现代电子设备的需求等问题。

空气电极作为锌空气电池中最重要的组成部分之一，在充放电过程当中，空气电极表面依次发生水氧化产生氧气的反应(OER)和氧气的还原反应(ORR)。因此，锌空电池用的空气电极要求所使用的双功能催化剂同时具有良好的ORR和OER催化活性。目前常用的空气电极材料主要是铂钌等贵金属材料，具有成本高、稳定差、活性较低等问题。因而，高活性、低成本的双功能催化剂的设计和制备是十分重要和有意义的。此外，这些粉末材料在使用时往往需要先进行涂布、烘干等复杂、多步工艺之后才可以得到电池中可以使用的电极。此外，由于工艺的限制，涂布使用的电极基底材料往往不具有柔性的特点，限制了这次材料在柔性储能领域的使用。因此，需要开发得到具有高活性、低成本、高稳定以及具有柔性特征的复合电极。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种三维多孔氮化钴-聚(3,4-乙烯二氧噻吩)柔性复合电极，该电极对于氧气的催化还原、催化水氧化具有较高的电催化活性；以该柔性复合电极组装的锌-空气电池具有良好的容量以及循环稳定性。

本发明还提供一种高效稳定的三维多孔氮化钴-聚(3,4-乙烯二氧噻吩)柔性复合电极的制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种三维多孔氮化钴-聚(3,4-乙烯二氧噻吩)柔性复合电极的制备方法，包括如下步骤：

S1、基底材料的清洗：将一定面积的柔性导电基底，分别在有机溶剂和去离子水中超声清洗20分钟；

S2、Co(OH)F的制备：将六水合硝酸钴、氟化铵和尿素溶于20mL去离子水中，充分搅拌溶解得到混合溶液；随后，将混合溶液和上述清洗后的柔性导电基底转移至高温反应釜，将120℃反应3～9h；用蒸馏水和乙醇反复洗涤数遍后干燥过夜；

S3、将上述干燥后的材料放置在瓷舟中，然后放入高温炉中烧制，得到烧制后的材料；

S4、以步骤S3中的烧制后的材料为工作电极，采用三电极体系，电沉积得到三维多孔氮化钴/聚(3,4-乙烯二氧噻吩)柔性复合电极。

对上述技术方案的进一步改进为，在所述步骤S1中，所述有机溶剂为丙酮、乙醇、甲醇中的一种。