陽極的非對稱超級電容器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電化學儲能領域，涉及非對稱超級電容器及其制備方法，特別涉及一種基于MoS2陽極的非對稱超級電容器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]超級電容器具有高功率密度、循環壽命長、安全和低維護成本的特點，因而主要用于能源的后備電源設備、混合電動車及可再生能源系統，但均要求較高的能量密度。與對稱超級電容器相比，非對稱超級電容器有更寬的電壓窗口，有望增加能量密度。目前，由于活性炭的大表面積、良好的導電性和穩定性，常用作非對稱超級電容器陽極材料。但活性炭的比容量較低，基于等式l/c= l/Can+l/Crat(CaJ日極電容，(:。^月極電容)可知，活性炭較低的比容量也限制非對稱超級電容器能量密度的提高。
[0003]為了進一步提高非對稱超級電容器的能量密度，迫切需要探索導電性較好、比容量高的新型陽極材料。MoS2由于高的理論比容量、合適的電壓窗口、低成本、資源豐富、無毒，常應用于超級電容器。然而，MoS2差的導電性是它的劣勢。另外，以往有關MoS2超級電容的報道，均為陰極材料，未曾見MoS2為陽極材料的研究。
【發明內容】
[0004]本發明為彌補現有技術的不足，提供一種工藝簡單、綠色環保、價格低廉的基于MoS2陽極的非對稱超級電容器及其制備方法。
[0005]本發明為達到其目的，采用如下技術方案:
[0006]—種基于MoS2陽極的非對稱超級電容器的制備方法，包括如下步驟，
[0007]1)制備陽極材料:將Na2Mo04.2H20和C2H5NS的混合溶液、及泡沫鎳加入反應釜進行水熱反應，之后冷卻反應釜，清洗、干燥產物，得蜂窩狀MoS2納米片電極材料；
[0008]2)制備陰極材料:在以泡沫鎳為工作電極、鉑片為對電極、飽和甘汞電極為參比電極的三電極系統中，以Co(N03)2和KC1的混合溶液為電解液，在室溫下進行恒流沉積，得0)(0!1)2納米片電極材料；
[0009]3)組裝非對稱超級電容器:以1?6mol/L的Κ0Η溶液為電解液、以蜂窩狀MoSjfi米片電極材料為陽極、以CO(0H)2m米片電極材料為陰極，在陽極和陰極之間設隔膜組裝成非對稱超級電容器。
[0010]進一步的，步驟1)中所述混合溶液含有Na2Mo04.2Η20 1.5?6g/L。
[0011]進一步的，步驟1)中所述混合溶液含有C2H5NS 3?9g/L。
[0012]進一步的，步驟1)中所述水熱反應的反應溫度為160?200°C，反應時間為12?36h0
[0013]優選的，步驟1)中在25?60°C干燥產物，干燥時間優選為12-24h。
[0014]進一步的，步驟2)中所述恒流沉積采用的電流密度為5?10mA cm2，恒流沉積時間為1?20min。
[0015]進一步的，步驟2)中所述混合溶液含有Co(N03)20.05?0.2mol/L、KC10.05?0.2mol/L0
[0016]優選的，步驟3)中所述隔膜選自聚乙烯膜、聚丙烯膜、瓊脂膜、玻璃纖維膜、石棉纖維膜、PET膜中的至少一種。
[0017]本發明第二方面提供一種采用如上文所述的制備方法制得的非對稱超級電容器。
[0018]本發明提供的技術方案具有如下有益效果:
[0019](1)選用MoS2作電極材料，具有價格廉價、資源豐富、環境友好、高氧化還原活性、極高比容量的特點；
[0020](2)選水熱生長技術，工藝簡單、操作簡便，通過水熱溫度以及水熱時間等參數可有效地控制材料的形貌；
[0021](3)本發明的蜂窩狀MoS2以及Co(OH) 2超薄納米片結構有豐富開放的空間，可以提供更多的表面活性位，使電解質能有效滲透，有利于電荷在材料和電解質間的轉移；
[0022](4)本發明以MoS2為陽極，替代傳統的活性炭陽極，有利于提高器件的能量密度和功率密度。
[0023](5)本發明的Co(0H)2//MoS2#對稱超級電容器在電流密度1mA cm 2下得到高能量密度 19.7ffh kg 'ο
[0024](6)本發明的Co(0H)2//MoS2#對稱超級電容器在5mA cm 2電流密度下得到高功率密度 1250.0ffkg、
[0025](7)本發明的Co (OH)2//MoSd0i稱超級電容器具有較好的循環穩定性，在5mAcm 2電流密度下循環4000次，比容量仍能保持92.3%。
[0026]本申請發明人采用水熱生長MoS2，通過反應參數的優化控制，得到蜂窩狀的MoS2納米片結構，并以其為陽極與恒流沉積Co(0H)2m米片陰極組裝成非對稱超級電容器，該非對稱超級電容器表現出較高的能量密度、功率密度以及良好的穩定性。
【附圖說明】
[0027]圖1是實施例1中Co (OH) 2//MoS2非對稱超級電容器功率密度與能量密度的關系圖；
[0028]圖2是實施例1中Co (OH) 2//MoS2非對稱超級電容器5mA cm 2電流密度下4000次循環壽命圖；
[0029]圖3中(a)為實施例1蜂窩狀MoS2納米片的電子掃描顯像圖，(b)為實施例1中Co (0H) 2納米片的電子掃描顯像圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合實施例對本發明的技術方案做進一步說明:
[0031]實施例1
[0032]—種基于MoS2陽極的非對稱超級電容器，包含水熱法制備的蜂窩狀MoSjfi米片陽極材料和恒流電沉積法制備的CO(0H)2m米片陰極材料，該非對稱超級電容器具體按照如下步驟制備:
[0033]1)水熱法制備蜂窩狀MoSjfi米片陽極材料:混合均勻的含有3g/L Na 2Mo04.2H20和6g/L C2H5NS的溶液及泡沫鎳加入到反應釜中，在200°C水熱反應24h，待反應釜冷卻后清洗樣品，并60°C干燥12h，得到蜂窩狀MoSjfi米片電極材料；
[0034]2)恒流電沉積法制備CO(0H)2m米片陰極材料:以泡沫鎳為工作電極、鉑片為對電極、232甘汞電極為參比電極組成三電極系統，以含有0.lmol/L Co(N03)2和0.lmol/LKC1的混合溶液為電解質在室溫下5mA cm 2恒流6min沉積到泡沫鎳上，得到Co (0H) 2納米片電極材料；
[0035]3)組裝Co (OH) 2//MoS2非對稱超級電容器:在3mol/L Κ0Η溶液中，以蜂窩狀MoS 2納米片為陽極、以Co (0H)2納米片為陰極、在陽極和陰極之間以PET為隔膜組裝成非對稱超級電容器。
[0036]對實施例1制備的Co (OH) 2//MoS2非對稱超級電容器進行檢測，其功率密度與能量密度的關系圖如圖1所示，從圖1中可以看出，非對稱超級電容器功率密度為244.3ffkg \483.3ffkg \721.9ffkg \987.8ff kg \ 1250.0Wkg 1 分別對應的能量密度為 19.7Wh kg \11.3ffh kg \7.5ffh kg \5.6ffh kg \4.4ffh kg1。在電流密度 1mA cm 2得到高能量密度19.7ffh kg\在5mA cm 2電流密度下得到高功率密度1250.0W kg ^這些結果比先前的超級電容器性能要好，在同樣的功率密度下比AC//AC對稱電容器能量密度(248Wh kg1在5.4Wkg 1下)高(來自如下文獻 Jing, M.et al., Electrochimica Acta 141 (2014) 234-240.) 0Co(0H)2//MoS2非對稱超級電容器在5mA cm 2電流密度下4000次循環壽命圖如圖2所示，從圖2中可以看出，在5mA cm 2電流密度下循環4000次，比容量仍能保持92.3%，表現出良好的循環穩定性，比其他鈷基類的非對稱電容器循環穩定性好，例如Co(0H)2//VN非對稱電容器在1A g 1循環4000次容量保留86% (來自如下文獻Wang, R.et al., J.Mater.Chem.A, 2014，2，12724-12732.)。
[0037]本發明的技術方案為在現有技術的基礎上改進獲得，文中未特別說明之處均為本技術領域的公知常識或常規技術手段，在此不再一一贅述。
[0038]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明做任何形式上的限制，故凡未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
【主權項】
1.一種基于MoS 2陽極的非對稱超級電容器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟， 1)制備陽極材料:將Na2Mo04.2H20和C2H5NS的混合溶液、及泡沫鎳加入反應釜進行水熱反應，之后冷卻反應釜，清洗、干燥產物，得蜂窩狀MoS2納米片電極材料； 2)制備陰極材料:在以泡沫鎳為工作電極、鉑片為對電極、飽和甘汞電極為參比電極的三電極系統中，以Co(N03)2和KC1的混合溶液為電解液，在室溫下進行恒流沉積，得0)(0!1)2納米片電極材料； 3)組裝非對稱超級電容器:以1?6mol/L的K0H溶液為電解液、以蜂窩狀MoS2納米片電極材料為陽極、以CO(0H)2m米片電極材料為陰極，在陽極和陰極之間設隔膜組裝成非對稱超級電容器。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述混合溶液含有Na2Mo04.2ΗΖ0 1.5 ?6g/L。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述混合溶液含有C2H5NS3 ?9g/L04.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述水熱反應的反應溫度為160?200°C，反應時間為12?36h。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中在25?60°C干燥產物。6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述恒流沉積采用的電流密度為5?10mA cm 2，丨旦流沉積時間為1?20min。7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述混合溶液含有Co (N03) 20.05 ?0.2mol/L、KC1 0.05 ?0.2mol/L08.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述隔膜選自聚乙烯膜、聚丙烯膜、瓊脂膜、玻璃纖維膜、石棉纖維膜、PET膜中的至少一種。9.一種采用如權利要求1?8任一項所述的制備方法制得的非對稱超級電容器。
【專利摘要】本發明提供一種基于MoS2陽極的非對稱超級電容器及其制備方法，該制備方法包括如下步驟，1)將Na2MoO4·2H2O和C2H5NS的混合溶液、及泡沫鎳加入反應釜進行水熱反應，冷卻反應釜，清洗、干燥產物，得蜂窩狀MoS2納米片電極材料；2)在以泡沫鎳為工作電極、鉑片為對電極、飽和甘汞電極為參比電極的三電極系統中，以Co(NO3)2和KCl的混合溶液為電解液，在室溫下進行恒流沉積，得Co(OH)2納米片電極材料；3)以KOH溶液為電解液、以蜂窩狀MoS2納米片電極材料為陽極、以Co(OH)2納米片電極材料為陰極，在陽極和陰極之間設隔膜組裝成非對稱超級電容器。本發明提供的方法工藝簡單、綠色環保。
【IPC分類】H01G11/86, H01G11/84, H01G11/30, H01G11/26, H01G11/12
【公開號】CN105355461
【申請號】CN201510821905
【發明人】陳心滿, 潘雪雪
【申請人】華南師范大學
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月23日