[发明专利]一种三元金属氧化物纳米结构超级电容器电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种三元金属氧化物纳米结构超级电容器电极的制备方法，其是首先通过水热法制备MoO₃，然后再通过其制得三元Zn₃Mo₂O₉纳米圆环薄片材料，最后将Zn₃Mo₂O₉作为活性物质与导电物质、粘合剂混合制得电极。本发明方法制备的Zn₃Mo₂O₉电极比电容高达1184.6F g^‑1，是目前基于此材料在相同测试条件下公开报导的最高值；且电极在1000次恒流充放电后比电容的保持率仍可达到71.3％，电容保持率较高。

技术领域

本发明属于以三元金属氧化物作为电极材料的超级电容器制备方法技术领域，具体涉及到应用于超级电容器电极的高性能三元Zn₃Mo₂O₉纳米圆环薄片材料的制备。

背景技术

社会对更清洁、更安全、更高效能源的需求激发了研究人员寻求利用纳米材料进行能源应用的创新方法，其中包括储能装置，如锂离子电池和超级电容器。超级电容器又称电化学电容器，因其功率密度高、能量密度高、循环稳定性好、使用寿命长等特点，是一种有前途的储能器件。但是，目前商业应用的碳基的超级电容的能量密度并不高，这极大地限制了超级电容的发展。纳米材料由于其特殊的晶体结构以及能快速发生氧化还原反应的特点成为电化学储能器件领域的研究热点。例如：《Nano Energy》2015年第12卷第510页报道，在水热条件下超薄MoO₃纳米晶体组装在3D石墨骨架上，其在液体电解质中电容为527F g^-1，且循环稳定性优良，10000次循环达到100％，其在固体电解质中电容为373F g-1，此报导方法在循环稳定性上虽有良好表现，但比电容略低。《J.Materials Science》2017年第28卷第9836页报道，采用简单的化学共沉淀法合成了掺杂氧化石墨烯-钴掺杂的ZnO/聚苯胺(RGO-CZO/PANI)杂化复合材料，其电荷储存主要是由于赝电容(可逆氧化还原反应)行为，在-0.2V-1.0V之间的电位范围内可以达到515Fg^-1的最高比电容，能量密度为370Wh kg^-1，功率密度为3.1kW kg^-1(三电极系统)，此方法比电容性能一般。

总之，现有金属氧化物纳米结构应用于超级电容电极制备的报导都充分说明该材料作为超级电容电极材料的可行性，核心问题是如何提高比电容和能量密度。已报导的方法还存在不足，亟需优化提高。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了一种三元金属氧化物纳米结构超级电容器电极的制备方法，所得电极具有极高的比电容和优异的电容保持率。

本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明三元金属氧化物纳米结构超级电容器电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)取四水合钼酸铵溶液和HNO₃溶液混合均匀，然后置于70～95℃的水浴锅中加热30～60分钟，所得产物经过滤、干燥，获得MoO₃纳米前驱体；

(2)将MoO₃纳米前驱体置于300～500℃条件下，滴加少量醋酸锌的乙醇溶液，加热0.5～1h；将混合物加入到醋酸锌和乌洛托品的混合溶液中，95℃反应8～12h，所得产物经过滤、干燥，获得三元Zn₃Mo₂O₉纳米圆环薄片材料；