一种花状的Cu2SnS3柔性超级电容器电极材料的制备方法与流程

本发明属于超级电容器材料的合成与制备技术领域，具体涉及一种花状的cu2sns3的柔性超级电容器的制作方法。

背景技术：

超级电容器是介于电解电容器和电池之间的一种新型储能器件，具有循环寿命长、可大电流充放电等特点，其应用市场广阔，是新能源领域的研究热点。相比常规二次电池具有功率密度大、充放电快速、循环稳定性好和工作温度范围宽等诸多优势。根据储能机理可以大致将超级电容器分为两大类：1双电层电容器，主要是基于多孔电极/电解液界面电荷聚集来储存电荷。2赝电容电容器，主要是基于活性材料表面及内部可逆氧化还原反应来储存电荷。因此，电极材料是超级电容器的核心部件。目前研究广泛的主要是多种结构的碳材料，过渡金属氧化物和导电聚合物。与此同时，金属硫化物也引起了人们广泛的兴趣。这是由于常见的金属硫化物在地球中储量丰富且分布广泛，而且材料本身无毒，适宜大规模生产。目前已有的技术制备cu2sns3都是优先使用热溅射的方法，但是存在结晶性差，同时制作工艺复杂。

技术实现要素：

本发明制备了以高性能碳布为基底，原位生长的cu2sns3电极，首次应用在超级电容器上。制备方法简单，结晶性高等诸多优点。

本方法一步反应即制备花状的cu2sns3，制备方法简单，结晶性好，同时具有较大的比表面积和较小的介孔，为电化学反应提供更多的反应活性位点同时缩短了离子传输路径，在强碱性的水性溶液中，表现出了超高的比容量及其优异的倍率性能。因为本发明的技术方案为：一种花状cu2sns3柔性超级电容器电极材料的制备方法，该方法包括：

步骤1：将cucl2.2h20、sncl4、硫代乙酰胺按摩尔比为2:1:3的比例混合均匀后，将干净的碳布浸入混合溶液中；

步骤2：加入体积比为1:1的去离子水和乙二醇混合溶液，加入的去离子水和乙二醇混合溶液的体积与步骤1得到的混合溶液的体积相同，并且充分混合均匀；

步骤3：将步骤2得到的溶液置于高压、200-260℃的干燥环境中，干燥7-9个小时；

步骤4：反应结束后，碳布上附着有花状的cu2sns3，采用去离子水和无水乙醇清洗，洗涤后的碳布置于60-80℃的真空环境中干燥处理；

步骤5：干燥完成的cu2sns3的碳布作为超级电容的正负极。

本方法反应即制备花状的cu2sns3，制备方法简单，结晶性好，同时具有较大的比表面积和较小的介孔，为电化学反应提供更多的反应活性位点同时缩短了离子传输路径，在强碱性的水性溶液中，表现出了超高的比容量及其优异的倍率性能；由于是在碳布上原位生长的，减小了电极材料的接触电阻；且材料本身结晶性高，比容量较高，能量密度优异，是一种潜在的优异的超级电容器电极材料。

附图说明

图1为本发明电极材料制作流程图；

图2为本发明具体实例1制作出的样本不同放大倍数的sem图；

图3为本发明具体实例2制作出的样本不同放大倍数的sem图；

图4为本发明电极材料不同扫速下的循环伏安曲线；

图5为本发明电极材料不同电流密度下的恒流充放电曲线。

具体实施方式

实施例1

步骤1：花状的cu2sns3电极材料的合成：将4mmolcucl2.2h20,2mmolsncl4和6mmoltaa(硫代乙酰胺)，充分混合均匀，强搅拌2个小时，然后将处理好的面积为2cm*2cm碳布也放入反应釜中。然后将其转移到反应釜中，分别加入等量的去离子水和乙二醇(或者聚乙二醇)，使其二者体积比是1:1,将反应釜转移到恒温箱中，将温度调节到200℃，保温9个小时。与其他制备cu2sns3反应相比，缩短了反应时间，减少了实验周期。

步骤2：待反应釜冷却到室温后，将得到的产物用去离子水和乙醇分别离心洗涤三次，同时将得到的碳布分别用去离子水和无水乙醇冲洗，将洗涤后的产物和碳布置于70℃的真空干燥箱干燥8小时。

步骤3：将步骤2中处理好的电极取出，将烘干好的负载有cu2sns3的碳布剪裁出两个质量与体积几乎相等且面积大约为1cm²的电极，用亲水性玻璃纤维隔膜隔开组装成对称电极，滴入适量的3mol/l的koh溶液中。从而制成基于cu2sns3氧化还原活性的柔性超级电容器。

步骤4：将步骤3组装好的超级电容器放置于电化学工作站平台上进行电化学性能的测试。

实施例2

步骤1：将cucl2.2h20、sncl4、硫代乙酰胺按摩尔比为2:1:3的比例混合均匀后，将干净的碳布浸入混合溶液中；

步骤2：加入体积比为1:1的去离子水和乙二醇混合溶液，加入的去离子水和乙二醇混合溶液的体积与步骤1得到的混合溶液的体积相同，并且充分混合均匀；

步骤3：将步骤2得到的溶液置于高压、200℃的干燥环境中，干燥7个小时；

步骤4：反应结束后，碳布上附着有花状的cu2sns3，采用去离子水和无水乙醇清洗，洗涤后的碳布置于60℃的真空环境中干燥处理；

步骤5：干燥完成的cu2sns3的碳布作为超级电容的正负极。

图2，图3：是已制备材料的sem图，如图通过本实验实施例1和实施例2方法制备的cu2sns3，均是由纳米片状组成的花状的结构。二维疏松多孔的结构更有利于电子传输。

图4：cu2sns3在强碱性溶液下的循环伏安曲线，如图可知该材料有两个明显类似赝电容的氧化还原峰，在不同扫速下，表现出良好的循环性能。

图5：cu2sns3在强碱性溶液下的恒电流充放电曲线，在不同电流密度下，表现出良好的倍率性能。

技术特征：

技术总结
该发明公开了一种花状的Cu2SnS3柔性超级电容器电极材料的制备方法,属于超级电容器材料的合成与制备技术领域，具体涉及一种花状的Cu2SnS3的柔性超级电容器的制作方法。本方法反应即制备花状的Cu2SnS3，制备方法简单，结晶性好，同时具有较大的比表面积和较小的介孔，为电化学反应提供更多的反应活性位点同时缩短了离子传输路径，在强碱性的水性溶液中，表现出了超高的比容量及其优异的倍率性能；由于是在碳布上原位生长的，减小了电极材料的接触电阻；且材料本身结晶性高，比容量较高，能量密度优异，是一种潜在的优异的超级电容器电极材料。

技术研发人员：王超;田瀚卿;姜晶;何欣芮;牛夷;张蕊;王楚珺
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2017.12.25
技术公布日：2018.05.08