[发明专利]一种一体化的Zn纳米片电极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种一体化的Zn纳米片电极材料及其制备方法与应用，属于超级电容器技术领域。本发明公开了一种一体化的Zn纳米片电极材料，所述Zn纳米片电极材料由Zn箔基底以及沉积在Zn箔基底上的Zn纳米片组成，通过在1‑5M ZnCl₂中沉积Zn纳米片。本发明也公开了一种一体化的Zn纳米片电极材料制备方法，所述的制备方法包括：将清洗后的Zn箔作为负极，在电解液1中组成对称式两电极系统，在80‑120mV/s的扫速下，循环N次后在Zn箔表面覆盖Zn纳米片制得Zn纳米片电极材料。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，涉及一种一体化的Zn纳米片电极材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着便携式电子产品和电动汽车消费的不断增加，迫切需要具有高能量密度、卓越安全性能和长期工作寿命的新型高效电化学储能装置。混合型超级电容器由电池型阳极和电容型阴极组成，由于集成了电池和超级电容器的所有特性，被广泛认为是下一代储能装置有力的候选。最近，由于Zn元素系列固有的优点，如高比容量(高达823mAh/g)、低氧化还原电位 (-0.76V vs SHE)、无毒和资源丰富，因此在混合超级电容器中Zn金属电极获得广泛的关注。另外，以金属Zn为负极的混合超级电容器，由于负极上Zn离子的快速电镀/剥离提供了高能量密度，同时正极上Zn离子的高度可逆的吸附/解吸提供了高功率密度，使得Zn离子混和超级电容器。

这些显著的优点促使研究人员开展具有独特电化学性能的金属Zn负极方面的研究工作，这为制造高能量密度的超级电容器提供了一种新的方法。然而，当前金属锌负极的实际应用仍然受到许多障碍的限制，如动力学问题，析氢(HER)，和枝晶生长。因此，大多数HSCs只能提供有限的能量密度和循环寿命，在能量密度和循环寿命方面远远落后于锌离子电池(200 Wh/kg)和超级电容器(超过10000次)。事实上，锌离子电池领域的许多尝试，包括表面涂层、结构改性、合金化、电解质添加剂等，都对抑制金属锌电极上的树枝状生长和HER做出了巨大贡献。然而，这些方法不能有效地改善超级电容器中Zn离子的动力学的问题，而且对器件的功率密度提升也很不利。因此，在Zn离子超级电容器领域，制备具有快速锌离子动力学，同时抑制枝晶和HER的金属锌电极，仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种可抑制枝晶和HER的并具有一体化Zn纳米片电极材料。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种一体化的Zn纳米片电极材料，所述Zn纳米片电极材料由Zn箔基底以及沉积在Zn箔基底上的Zn纳米片组成，通过在1-5M ZnCl₂中沉积 Zn纳米片。

作为优选，所述Zn箔纯度为99.99％，厚度为0.001-0.02mm。

作为优选，所述Zn纳米片的尺寸为1-2μm，厚度为30-50nm。

作为优选，所述Zn纳米片的非平行于Zn箔基底。

进一步优选，所述Zn纳米片的垂直于Zn箔基底。

作为优选，所述Zn纳米片的晶格间距0.247nm。

本发明也公开了一种一体化的Zn纳米片电极材料制备方法，所述的制备方法包括：将清洗后的Zn箔作为负极，在电解液1中组成对称式两电极系统，在80-120mV/s的扫速下，循环N次后在Zn箔表面覆盖Zn纳米片制得Zn纳米片电极材料。

在低浓度电解液下Zn沉积为二维沉积，易于生长Zn纳米片。在高浓度电解液下Zn三维沉积不易生成枝晶。

作为优选，所述正极为SiC@SiO。

进一步优选，SiC@SiO的制备方法为将SiC置于0.5-2M的硫酸刻蚀液中刻蚀10-30分钟。

作为优选，N为800-1400。