[发明专利]一种Co3(PO4)2微球花状分级结构三维电极材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种分级结构三维电极材料的制备方法和应用。

背景技术

在人类社会生存与发展的历程中，能源一直伴随着人们的生产和社会活动。由于石油资源日趋短缺，并且燃烧石油的内燃机尾气排放对环境的污染越来越严重（尤其是在大、中城市），因此，人们都在积极研究替代内燃机的新型能源装置。超级电容器作为一种新型的储能装置，具有充电时间短、使用寿命长、温度性能好、节约能源和绿色环保等特点，有望成为本世纪新型的绿色电源，在移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天等方面具有非常广阔的应用前景。众所周知，电极材料是超级电容器的关键所在，它决定着超级电容器的主要性能指标，当前对超级电容器的研究重点之一是寻找更为理想的电极体系和电极材料。而分级的三维电极材料具有更大的比表面积及更短的电子传输距离，能有效提高材料的电容性能。

目前，很多课题组都在关注分级电极材料的制备，并取得了较好的结果。韩国亚洲大学的Kim教授小组使用里拉微球菌做生物模板，成功合成了分级多孔的花状Co₃O₄微球，在充放电测试中，其比容量达到214F/g（电流密度为2A/g），而且，里拉微球菌能有效保持Co₃O₄微米球的结构，抑制塌陷，有效提高材料的循环稳定性，在循环4000次后，容量保持率为95%。新加坡南洋理工大学的张华教授通过一步水热法（180℃），以三维石墨烯电极为模板，在其表面成功生长Ni(OH)₂纳米片包覆的Ni₃S₂纳米棒（Ni₃S₂Ni(OH)₂/3DGN），该三维材料表现出高比容量（电流密度为2mV/s，1277F/g，），较好的循环稳定性，其在循环2000次后，容量保持率为99.1%。到目前为止，研究者们发展了很多方法来制备三维的分级材料，包括水热法、电化学沉积法、热处理、模板法等。上述方法虽然成功制备了三维的分级材料，但是，其仍存在反应时间长、反应温度高、制备过程添加毒性试剂的问题。

发明内容

本发明是要解决现有技术制备的分级结构三维电极材料存在反应时间长、反应温度高、制备过程添加毒性试剂的问题，而提供一种Co₃(PO₄)₂微球花状分级结构三维电极材料的制备方法及其应用。

本发明一种Co₃(PO₄)₂微球花状分级结构三维电极材料的制备方法，按以下步骤进行：

一、称取Co(CH₃COO)₂溶解于去离子水中，制成质量分数为1%～15%的Co(CH₃COO)₂溶液，称取Na₂HPO₄溶解于去离子水中，制成质量分数为2%～45%的Na₂HPO₄溶液，然后以1mL/min～5mL/min的速率将上述Na₂HPO₄溶液加入到Co(CH₃COO)₂溶液中，在温度为18℃～30℃下搅拌，搅拌时间为1h～1.5h，得到粉色的悬浊液；

二、将步骤一制得的粉色悬浊液静置5min～30min，待悬浮液中粉色的固形物沉降在烧杯底部，倒去上层的溶液，然后先采用去离子水对粉色固形物进行洗涤2～3次，再采用无水乙醇对粉色固形物进行洗涤2～3次，得到洗涤后粉色固形物，将洗涤后粉色固形物置于马弗炉中在温度为40℃～100℃下烘干，得到Co₃(PO₄)₂微球花状分级结构三维电极材料。

本发明的一种Co₃(PO₄)₂微球花状分级结构三维电极材料的制备方法及应用是将Co₃(PO₄)₂微球花状分级结构三维电极材料作为电极材料用于制造超级电容器。

本发明采用沉淀法制备的Co₃(PO₄)₂微球花状分级结构三维电极材料，包括以下特点：