一种电极材料及其制备方法和电容器

专利2025-04-12  8


本发明涉及新能源,特别涉及一种电极材料及其制备方法和电容器。


背景技术:

1、电极材料广泛应用于能源储存和转换、电化学分析和电刺激等领域,常见的电极材料有碳基材料、金属氧化物/氢氧化物、硫化物和导电聚合物,不同的电极材料具有不同的导电性、化学稳定性和电化学活性,适用于不同的电化学应用,如电池、超级电容器。但是,碳基材料的比电容低,金属氧化物/氢氧化物的导电性差,硫化物的比容量小、倍率特性差、中心化合物电导性低,导电聚合物的循环稳定性差,这些缺点都不利于它们在储能领域中的应用。


技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种电极材料及其制备方法和电容器,旨在解决现有技术中电极材料存在比容量低、导电性差、中心化合物的电导性低、倍率特性差、循环稳定性差的问题。

2、为实现上述目的,本发明提出一种电极材料,所述电极材料包括铁和钴双金属及氮、硫掺杂的碳材料,呈多孔纳米球状结构设置。

3、可选地,所述电极材料的孔径为10~20nm。

4、可选地,所述电极材料的制备包括以下步骤:

5、s10、将铁源、钴源、硫源、氮源与有机试剂混合,得混合溶液;

6、s20、将所述混合溶液加热,过滤,取滤渣,水洗,醇洗,干燥,得电极材料。

7、可选地,所述铁源包括七水硫酸亚铁、九水硝酸铁、三氯化铁、四水氯化亚铁中的至少一种;和/或,

8、所述钴源包括六水硝酸钴、乙酸钴、硫酸钴、氯化钴中的至少一种;和/或,

9、所述硫源包括硫粉、半胱氨酸、硫代乙酰胺中的至少一种;和/或,

10、所述氮源包括尿素、六水硝酸钴中的至少一种;和/或,

11、所述有机试剂包括二甲基甲酰胺、乙二醇、二乙二醇、乙醇胺、丙酮、二甲基亚砜中的至少两种。

12、可选地,所述铁源的物质的量浓度为c1,所述钴源的物质的量浓度为c2,所述硫源的物质的量浓度为c3,所述氮源的物质的量浓度为c4,其中,c1:c2:c3:c4的物质的量浓度比为(1~6):(1~6):(13~41):(17~49)。

13、可选地,步骤s10中,所述混合溶液的混合时间为20~60min。

14、可选地,步骤s20中:所述混合溶液的热反应温度为170~210℃;和/或,

15、所述混合溶液的热反应时间为12~20h。

16、可选地,步骤s20中:所述滤渣的水洗次数为1~5次;和/或,

17、所述滤渣的醇洗次数为1~5次。

18、可选地,步骤s20中:所述滤渣的干燥温度为60~80℃;和/或,

19、所述滤渣的干燥时间为10~14h。

20、本发明还提供了一种电容器,包括所述电极材料,所述电极材料包括铁和钴双金属及氮、硫掺杂的碳材料,呈多孔纳米球状结构设置。

21、本发明提出一种电极材料及其制备方法和电容器,所述电极材料上包括铁和钴双金属及氮、硫掺杂的碳材料,且呈多孔纳米球状结构,其中铁、钴和硫形成的二元金属硫化物互相接触形成多个界面区域会引发协同效应,从而降低了电极-电解液的反应活化能、减少了与电子相关的热力学极化和动力学极化,促进电子和离子的扩散运输,提升了电极材料的比容量、倍率特性和中心化合物电导性;其次,氮掺杂碳的引入增强了电极材料的导电性,提高了电极材料在电解液中的循环稳定性,延长了电极材料的寿命;此外,该电极材料呈现的多孔纳米球结构增大了其比表面积,增加了电极材料电化学反应时的活性位点,加快了反应速率。



技术特征:

1.一种电极材料,其特征在于,包括铁和钴双金属及氮、硫掺杂的碳材料,呈多孔纳米球状结构设置。

2.如权利要求1所述的电极材料,其特征在于,所述电极材料的孔径为10~20nm。

3.一种如权利要求1至2任意一项所述的电极材料的制备方法,其特征在于,所述电极材料的制备包括以下步骤:

4.如权利要求3所述的电极材料的制备方法,其特征在于,所述铁源包括七水硫酸亚铁、九水硝酸铁、三氯化铁、四水氯化亚铁中的至少一种;和/或,

5.如权利要求3所述的电极材料的制备方法,其特征在于,所述铁源的物质的量浓度为c1,所述钴源的物质的量浓度为c2,所述硫源的物质的量浓度为c3,所述氮源的物质的量浓度为c4,其中,c1:c2:c3:c4的物质的量浓度比为(1~6):(1~6):(13~41):(17~49)。

6.如权利要求3所述的电极材料的制备方法,其特征在于,步骤s10中,所述混合溶液的混合时间为20~60min。

7.如权利要求3所述的电极材料的制备方法,其特征在于,步骤s20中:所述混合溶液的热反应温度为170~210℃;和/或,

8.如权利要求3所述的电极材料的制备方法,其特征在于,步骤s20中:所述滤渣的水洗次数为1~5次;和/或,

9.如权利要求3所述的电极材料的制备方法,其特征在于,步骤s20中:所述滤渣的干燥温度为60~80℃;和/或,

10.一种电容器,其特征在于,包括如权利要求1至9任意一项所述的电极材料。


技术总结
本发明公开了一种电极材料及其制备方法和电容器,涉及新能源技术领域,所述电极材料包括铁和钴双金属及氮、硫掺杂的碳材料,呈多孔纳米球状结构设置。铁、钴和硫形成的二元金属硫化物互相接触形成界面区域引发协同效应,降低了电极‑电解液的反应活化能、减少了与电子相关的热力学极化和动力学极化,促进电子和离子的扩散运输,提升了电极材料的比容量、倍率特性和中心化合物电导性;氮掺杂碳的引入增强了电极材料的导电性,提高了电极材料在电解液中的循环稳定性,延长了电极材料的循环寿命;此外,该电极材料呈现的多孔纳米球结构增大了其比表面积,增加了电极材料电化学反应时的活性位点,加快了其反应速率。

技术研发人员:范红红,柳炎,赵一凡
受保护的技术使用者:湖北文理学院
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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