[发明专利]三维纳米阵列锌负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供三维纳米阵列锌负极材料及其制备方法和应用，涉及锌负极材料技术领域。三维纳米阵列锌负极材料，包括泡沫铜基底、CuO纳米线阵列和金属锌纳米片，所述CuO纳米线阵列均匀生长在泡沫铜基底上，所述金属锌纳米片均匀包覆在CuO纳米线的外表面，三维纳米阵列锌负极材料能够抑制ZIBs在充放电过程中锌负极枝晶生长，具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锌负极材料技术领域，具体涉及一种三维纳米阵列锌负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的发展，电能已经成为人们生活中不可缺少的一种物质。利用风能、太阳能、潮汐能发电能够极大地减少二氧化碳等温室气体排放，因此，把风能、太阳能、潮汐能转换成电能已成为经济绿色型新产业，但是风能、太阳能、潮汐能因受大自然的影响具有不可控性，因此利用风能、太阳能、潮汐能发电的电网具有不稳定性。而大规模储能系统(ESS)，作为一种有效的中间装置，在融入电力系统之前先把风能、太阳能、潮汐能产生的电能储存起来，再对输出进行调节能够提高电网的可靠性。

储能系统的构成离不开储能装置。水系可充电锌离子电池(ZIBs)具有不易燃、环保、资源丰富、成本低廉等优点，是一种很好的储能装置。水系锌离子电池(AZIBs)的锌阳极理论容量为820mAh g^-1，电化学电位较低，与标准氢电极相比为-0.76V，其安全的水系电解液和丰富的天然资源能够满足大规模ESS的要求。

但是，ZIBs在充放电过程中，因为锌沉积不均匀，导致锌负极容易发生锌枝晶生长的问题，不仅降低了ZIBs的电化学可逆性，还会导致短路。因此，提供一种能够抑制锌枝晶生长的锌负极材料成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种三维纳米阵列锌负极材料及其制备方法和应用，解决了ZIBs在充放电过程中锌负极容易发生枝晶生长的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种三维纳米阵列锌负极材料，包括泡沫铜基底、CuO纳米线阵列和金属锌纳米片，所述CuO纳米线阵列均匀生长在泡沫铜基底上，所述金属锌纳米片均匀包覆在CuO纳米线的外表面。

在一实施例中，所述CuO纳米线阵列长度为10～20μm，直径为100～150nm。

在一实施例中，所述金属锌纳米片通过电子束沉积的方法包覆在CuO纳米线的外表面。

在一实施例中，所述金属锌纳米片厚度为90～180nm。

一种三维纳米阵列锌负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)泡沫铜清洗：

将泡沫铜依次放入1M的盐酸、丙酮、无水乙醇中，并依次超声10～30min；

(2)制备CF@Cu(OH)₂纳米线：

提供NaOH、过硫酸铵混合溶液，将清洗后的泡沫铜与所述混合溶液反应，得到的反应产物，用去离子水清洗，然后放入50～70℃烘箱中干燥10～14h后得到CF@Cu(OH)₂纳米线；

(3)制备CF@CuO纳米线：

对所述的CF@Cu(OH)₂纳米线进行高温退火，得到CF@CuO纳米线；

(4)制备CF@CuO@Zn三维纳米阵列锌负极材料：

将所述的CF@CuO纳米线置于镀盘上，送入电子束镀膜仪腔室内，抽真空后镀锌，结束后等待腔室冷却，即得到CF@CuO@Zn三维纳米阵列锌负极材料。