[发明专利]一种基于中空纳米管的超级电容器材料及制备方法

说明书

一种基于中空纳米管的超级电容器电极材料，包括有中空纳米管构成的骨架，骨架上附着有金属氧化物或者金属硫化物。本发明中采用静电纺丝制备中空纳米管，并且本发明中的原料成本低；能够进行大批量的生产。本发明中由于骨架是中空纳米管，能够有效的提高比表面积，增加聚苯铵单位的沉积量，有利于提高比电容；同时有利于增加电极材料与电解纸溶液的有效接触面积，能够为离子的运输提供通道。

技术领域

本发明涉及材料电容器的电极材料，尤其涉及一种基于中空纳米管的超级电容器材料及制备方法。

背景技术

随着全球能源消耗加速，环境污染日趋严重，开发清洁高效、可再生能源及新的能量储存与转换技术是目前研究的热点。超级电容器作为新型储能器件，具有功率密度高、循环寿命长、充放电速率快、绿色环保等优点，在国防军工、交通运输、能源、电子信息等领域具有广阔的应用前景。

根据储能机理的不同，超级电容器分为双电层电容器和法拉第赝电容器。双电层电容器是利用电极和电解质之间形成的界面双电层来存储能量，其电极通常为高比表面积和高电导率的碳材料，常用的碳电极材料主要有介孔碳、多级孔碳、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维，研究发现碳电极材料虽然功率密度高，但比电容和能量密度较小。法拉第赝电容器是利用快速可逆的化学吸附/脱附和氧化还原反应来存储能量，其电极材料主要分为金属氧化物和导电聚合物两大类，具有较高的比电容和能量密度，但存在循环稳定性差和功率密度小的缺点。如何将高功率密度、高循环稳定的碳材料与高比电容的金属氧化物或导电聚合物结合，制备循环稳定性优良、高能量密度、高功率密度新型复合电极材料是研究的热点。碳纳米材料比表面积大、电化学稳定性优良、导电性高，而聚苯胺比电容高(理论比电容为2000F/g)、导电性高、合成简便、成本低廉、化学稳定性好，因此近年来碳纳米材料/聚苯胺复合电极材料引起了科学家们的广泛兴趣。中国专利CN107045943A，公开的一种超级电容器用电极材料，其骨架制作中需要定向凝胶，在实际生产中控制起来是相当不变的，大规模生产困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于中空纳米管为骨架的超级电容器电极材料及其制备方法，其能够大规模生产并且其静电容量大。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于中空纳米管的超级电容器电极材料，包括有中空纳米管构成的骨架，骨架上附着有金属氧化物或者金属硫化物。

一种基于中空纳米管的超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将1重量份的PVP加入到溶剂中，分散均匀，然后加入1-3重量份的硅酸四乙酯后分散均匀；

2）将步骤1）的溶液进行静电纺丝得到中空纳米管，静电纺丝的电压在16KV以上，溶液的速率低于1.5ml/h，正负极间距15-20cm；

3）将步骤2）得到的中空纳米管进行退火处理；

4）将退火处理后的中空纳米管与苯胺、引发剂、催化剂加入溶剂中，进行原位聚合，经真空抽滤、水洗、真空干燥得到电极材料的骨架；其中苯胺、引发剂、催化剂的摩尔比为0.01～0.05：0.005～0.01：0.5～1.5；

5）将金属氧化物或者金属硫化物附着在步骤4）得到的电极材料骨架上。

上述的基于中空纳米管的超级电容器电极材料的制备方法，优选的，所述步骤4）中引发剂为过硫酸铵；催化剂为硫酸；溶剂为去离子水。

上述的基于中空纳米管的超级电容器电极材料的制备方法，优选的，所述步骤1）中溶剂包括无水乙醇、丙醇和乙二醇的一种或者多种。

上述的基于中空纳米管的超级电容器电极材料的制备方法，优选的，所述步骤3）中的退火包括以下步骤：将步骤2）得到的材料放进真空干燥箱，干燥48h；

预退火：将温度升高到280℃，并且保温1h，升温速率1℃/min；