一種便攜式清潔能源微型存儲設備的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種便攜式清潔能源微型存儲設備的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著人們對能源的不斷需求，以及環境污染日益加劇，研制高能量存儲，可循環利用，無環境污染，便于攜帶的微型能源存儲設備將成為研究熱點。對于能源的開發與利用，人們目前使用的有風能，水能，太陽能，潮汐能，電能等。然而，電能與其它能源相比，可在任何場合進行使用，無需外界環境的限制。鋰離子電池和超級電容器作為電能的存儲裝置，有著各自的優勢與不足之處。鋰離子電池能夠提供高的能量密度，然而功率密度卻小于超級電容器。目前，人們的研究是如何減少體積膨脹，增大材料的比表面積以及導電性來提高其功率密度，以及循環使用壽命。相反，超級電容器具有著高的功率密度，和較長的循環使用壽命，卻伴隨著低的能量密度。人們報道的是通過提高比容量以及電壓窗口使用范圍從而來提高其能量密度。然而，通過選擇兼具鋰電和超電性能的材料，通過調控條件參數來實現高能量密度和高功率密度的電能存儲裝置將會解決上述鋰電和超電出現的問題所在。對于材料的選擇，要含量豐富，價格適宜，并且性能優異。
[0003]氧化鈷和鉬酸鈷兼有鋰電和超電的性能，并且鈷元素地球儲量豐富，價格低廉。氧化鈷作為鋰電和超電材料，具有著高的理論比容量，然而穩定性和倍率性能卻遠遠不如鉬酸鈷。因此，單一材料已經不能滿足功能多樣化的現代應用領域。
【發明內容】
[0004]本發明要解決現有鋰電和超電材料不能同時滿足價格低廉、穩定性和倍率性能優異的問題，而提供了一種便攜式清潔能源微型存儲設備的制備方法。
[0005]本發明一種便攜式清潔能源微型存儲設備的制備方法是通過以下步驟進行的:
[0006]—、集流體的清洗:將集流體置于水中超聲清洗5min?120min，然后置于乙醇中超聲清洗5min?300min，最后置于濃度為0.01mol/L?6mol/L的稀鹽酸溶液中超聲清洗5min?200min，得到潔凈的集流體；
[0007]二、將濃度為0.0001mol/L?lmol/L的硝酸鈷溶液和濃度為0.0001mol/L?lmol/L的尿素溶液混合后攪拌5min?720min，得到混合溶液A，將步驟一得到的潔凈的集流體浸入混合溶液A中，然后轉移到反應釜中，在溫度為90°C?200°C的條件下加熱0.5h?72h后，將產物從反應釜中取出，產物采用水清洗3?5次，再采用乙醇清洗3?5次，得到表面生長有氧化鈷的集流體；所述濃度為0.0001mol/L?lmol/L的硝酸鈷溶液與濃度為0.0001mol/L?lmol/L的尿素溶液的體積比為1:50 ;
[0008]三、將濃度為0.0001mol/L?2mol/L的硝酸鈷溶液和濃度為0.0001mol/L?3mol/L的鉬酸鈉溶液混合后攪拌5min?720min，得到混合溶液B，將步驟二得到的表面生長有氧化鈷的集流體浸入混合溶液B中，然后轉移到反應釜中，在溫度為90°C?220°C的條件下加熱0.5h?48h后，將產物從反應釜中取出，產物采用水清洗3?5次，，再采用乙醇清洗3?5次，得到表面生長有氧化鈷和鉬酸鈷的集流體；所述濃度為0.0OOlmol/L?2mol/L的硝酸鈷溶液與濃度為0.0001mol/L?3mol/L的鉬酸鈉溶液的體積比為1:60 ;
[0009]四、將PVA和KOH混合后放入水中攪拌Ih?96h，得到混合溶液C ;所述PVA與KOH的體積比為1: (I?30)；
[0010]五、在兩片步驟三得到的表面生長有氧化鈷和鉬酸鈷的集流體之間設置一層厚度為0.1mm的纖維樹脂隔膜，得到三層結構的組件，然后將三層結構的組件浸入到步驟四得到的混合溶液C中，浸泡Imin?120min，然后在溫度為40°C?120°C的烘箱中干燥Ih?72h;然后在其外部包覆上金屬外殼，得到便攜式清潔能源微型存儲設備。
[0011]本發明的有益效果在于:
[0012]本發明通過將兩種或多種材料進行復合，并設計一個特殊的結構，以實現材料的多功能應用，根據協同效應從而提高單一材料的不足之處。再將此性能優異的復合材料制備成所需大小，組裝成固態器件形式，質輕，便于攜帶。材料的制備工藝簡單，易于操作，材料能夠直接生長并且均勻的分布在集流體上，無需任何添加劑和模版的使用，既環保又提高了材料與集流體的良好導電性。該微型存儲設備的構筑和制備簡便，可操作性好，易于工業化。在本實驗中，該存儲設備件實現了給電致變色器件提供電能，實現電致變色材料的顏色的變化。
【附圖說明】
[0013]圖1為實施例一得到的便攜式清潔能源微型存儲設備的循環伏安曲線；
[0014]圖2為實施例一得到的便攜式清潔能源微型存儲設備在電流密度5安培/克條件下做的放電曲線；
[0015]圖3為實施例一得到的便攜式清潔能源微型存儲設備對電致變色材料氧化鉬器件供電后的透過率變化圖；其中I是著色態，2是退色態；
[0016]圖4為實施例二得到的便攜式清潔能源微型存儲設備的循環伏安曲線；
[0017]圖5為實施例二得到的便攜式清潔能源微型存儲設備在電流密度6安培/克條件下做的放電曲線；
[0018]圖6為實施例二得到的便攜式清潔能源微型存儲設備對電致變色材料氧化鉬器件供電后的透過率變化圖；其中I是著色態，2是退色態；
[0019]圖7為實施例三得到的便攜式清潔能源微型存儲設備的循環伏安曲線；
[0020]圖8為實施例三得到的便攜式清潔能源微型存儲設備在電流密度8安培/克條件下做的放電曲線；
[0021]圖9為實施例三得到的便攜式清潔能源微型存儲設備對電致變色材料氧化鉬器件供電后的透過率變化圖；其中I是著色態，2是退色態。
【具體實施方式】
[0022]【具體實施方式】一:本實施方式是一種便攜式清潔能源微型存儲設備的制備方法是通過以下步驟進行的:
[0023]—、集流體的清洗:將集流體置于水中超聲清洗5min?120min，然后置于乙醇中超聲清洗5min?300min，最后置于濃度為0.01mol/L?6mol/L的稀鹽酸溶液中超聲清洗5min?200min，得到潔凈的集流體；
[0024]二、將濃度為0.0001mol/L?lmol/L的硝酸鈷溶液和濃度為0.0001mol/L?lmol/L的尿素溶液混合后攪拌5min?720min，得到混合溶液A，將步驟一得到的潔凈的集流體浸入混合溶液A中，然后轉移到反應釜中，在溫度為90°C?200°C的條件下加熱0.5h?72h后，將產物從反應釜中取出，產物采用水清洗3?5次，再采用乙醇清洗3?5次，得到表面生長有氧化鈷的集流體；所述濃度為0.0001mol/L?lmol/L的硝酸鈷溶液與濃度為0.0001mol/L?lmol/L的尿素溶液的體積比為1:50 ;
[0025]三、將濃度為0.0001mol/L?2mol/L的硝酸鈷溶液和濃度為0.0001mol/L?3mol/L的鉬酸鈉溶液混合后攪拌5min?720min，得到混合溶液B，將步驟二得到的表面生長有氧化鈷的集流體浸入混合溶液B中，然后轉移到反應釜中，在溫度為90°C?220°C的條件下加熱0.5h?48h后，將產物從反應釜中取出，產物采用水清洗3?5次，再采用乙醇清洗3?5次，得到表面生長有氧化鈷和鉬酸鈷的集流體；所述濃度為0.0001mol/L?2mol/L的硝酸鈷溶液與濃度為0.0001mol/L?3mol/L的鉬酸鈉溶液的體積比為1:60 ;
[0026]四、將PVA和KOH混合后放入水中攪拌Ih?96h，得到混合溶液C ;所述PVA與KOH的體積比為1: (I?30)；
[0027]五、在兩片步驟三得到的表面生長有氧化鈷和鉬酸鈷的集流體之間設置一層厚度為0.1mm的纖維樹脂隔膜，得到三層結構的組件，然后將三層結構的組件浸入到步驟四得到的混合溶液C中，浸泡Imin?120min，然后在溫度為40°C?120°C的烘箱中干燥Ih?72h;然后在其外部包覆上金屬外殼，得到便攜式清潔能源微型存儲設備。
[0028]本實施方式步驟五中所述三層結構的組件可根據實際需要裁剪成所需大小和形狀。
[0029]本實施方式通過將兩種或多種材料進行復合，并設計一個特殊的結構，以實現材料的多功能應用，根據協同效應從而提高單一材料的不足之處。再將此性能優異的復合材料制備成所需大小，組裝成固態器件形式，質輕，便于攜帶。材料的制備工藝簡單，易于操作，材料能夠直接生長并且均勻的分布在集流體上，無需任何添加劑和模版的使用，既環保又提高了材料與集流體的良好導電性。該微型存儲設備的構筑和制備簡便，可操作性好，易于工業化。在本實驗中，該存儲設備件實現了給電致變色器件提供電能，實現電致變色材料的顏色的變化。
[0030]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中置于濃度為0.08mol/L的稀鹽酸溶液中超聲清洗40min。其他與【具體實施方式】一相同。
[0031]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟二中在溫度為100°C的條件下加熱lh。其他與【具體實施方式】一或二相同。
[0032]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟二中在溫度為110°C的條件下加熱2h。其他與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0033]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟三中在溫度為100°C的條件下加熱0.8h。其他與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0034]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟四中所述PVA與KOH的體積比為1:3。其他與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0035]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:步驟四中所述PVA與KOH的體積比為1:8。其他與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0036]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:步驟五中在溫度為60°C的烘箱中干燥24h。其他與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0037]通過以下實施例驗證本發明的有益效果:
[0038]實施例一:一種便攜式清潔能源微型存儲設備的制備方法是通過以下步驟進行的:
[0039]—、集流體的清洗:將集流體置于水中超聲清洗lOmin，然后置于乙醇中超聲清洗5min，最后置于濃度為0.05mol/L的稀鹽酸溶液中超聲清洗20min，得到潔凈的集流體；
[0040]二、將濃度為0.0005mol/L的硝酸鈷溶液和濃度為0.05mol/L的尿素溶液混合后攪拌30min，得到混合溶液A，將步驟一得到的潔凈的集流體浸入混合溶液A中，然后轉移到反應釜中，在溫度為100°C的條件下加熱Ih后，將產物從反應釜中取出，產物采用水清洗3?5次，再采用乙醇清洗3?5次，得到表面生長有氧化鈷的集流體；所述濃度為0.0005mol/L的硝酸鈷溶液與濃度為0.05mol/L的尿素溶液的體積比為1:50 ;
[0041]三、將濃度為0.05mol/L的硝酸鈷溶液和濃度