一种Zn2SnO4/活性炭电极材料的制备方法与流程

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种zn2sno4负载活性炭的制备方法。

背景技术：

随着环境的恶化和传统的不可再生能源（如煤、石油和天然气）的枯竭，灵活、轻便和环保的可再生能源存储设备被推广。超级电容器是下一代电力设备的候选产品，由于其高功率密度、快速充电能力、优异的循环稳定性、长循环寿命和工作温度范围广和绿色环保等优势，被广泛应用于电动汽车、风力发电、移动电源、军事和航天等领域。

碳基材料、金属氧化物、金属硫化物和导电聚合物可用作超级电容器电极材料。三元金属氧化物，如mmo2o4(m=zn，ni)，mfe2o4(m=zn、co、ni)和m2sno4(m=mg、zn、co)，因为理论比电容很高，在超级电容器电极材料中起着重要作用。其中，钴氧化物被认为是最优秀的电化学材料。然而，由于co元素的稀有性和昂贵性，许多研究人员试图使用来源广、价格更便宜的元素来代替co元素。锌锡由于来源广和价格低是理想的元素之一。因此，zn2sno4被认为是一种重要的三元电极材料，因为它具有高电子迁移率(10~15cm²v^-1s^-1)、优异的吸附性和化学稳定性。然而，作为电极材料的zn2sno4会在电化学反应过程中引起巨大的体积膨胀(>200%)，导致比容量迅速衰减，这阻碍了zn2sno4电极材料的商业化进程。

最近，研究人员发现纳米化、掺杂和复合zn2sno4可以避免体积膨胀并改善电化学性能。鲍磊等人制造柔性zn2sno4/mno2核/壳纳米碳微纤维复合材料以改善超级电容器电极的电化学性能（nanolett.2011,11,1215）。切里安等人证明zn2sno4纳米线显示出比zn2sno4纳米板更稳定的容量（acsappl.mater.interfaces.2013,5,6054）。王凯等人利用聚吡咯掺杂的空心zn2sno4来克服膨胀问题并改善循环性能（ceram.int.2014,40,2359）。此外，裸露zn2sno4的导电性相对较差也导致电化学性能不理想。人们已经付出了巨大的努力来将碳基材料zn2sno4结合起来，以改善电化学性能。这种复合材料可以利用这两种成分的优点：碳基材料的高电导率和巨大体积变化以及zn2sno4的高比容量。这种纳米碳基合成zn2sno4，比如zn2sno4/石墨烯等复合材料、zn2sno4/cnts、zn2sno4/mno2/碳微纤维、zn2sno4/c等，已经被成功合成，而且比容量和循环稳定性被证明高于裸露的zn2sno4。尽管纳米碳材料如cnts和石墨烯结合zn2sno4复合材料显示出高比容量和循环稳定性，但这些纳米碳材料价格昂贵，难以制备和商业化生产。对于应用，活性炭基超级电容器由于其高表面积、导电性、化学稳定性和低成本而更适用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种zn2sno4/活性炭电极材料的制备方法，该方法制备得到zn2sno4负载填充活性炭孔道的复合电极材料，可以提高超级电容器电极材料的比电容和循环充放电稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供一种zn2sno4/活性炭电极材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：一、将sncl4、zncl2、c4o6hkna和活性炭按一定的比例加入到一缩二乙二醇（deg）中搅拌24h形成混合液a；二、制备2mol/lnaoh的deg溶液，并逐滴加入混合液a中，在50~80℃搅拌10h；三、将步骤二得到的混合物放到马弗炉中，在240℃煅烧2h；四、步骤三得到的物质用蒸馏水浸泡2h，过滤后再加入100mldeg，然后移入反应釜中150~220℃反应8~24h，所得产物用乙醇和蒸馏水清洗至中性，80℃下烘干得到zn2sno4/活性炭电极材料。

本发明优点：本发明方法具有操作简单、环境友好、耗能低等优点；所获得的zn2sno4/活性炭电极材料用于超级电容器电极时具有较高的比电容值和良好的电化学性能稳定性。

本发明采用扫描电子显微镜（sem）表征本发明制备的zn2sno4/活性炭电极材料的微观结构，采用x射线衍射技术（xrd）分析本发明制备的zn2sno4/活性炭电极材料的物相，采用电化学工作站来测试本发明制备的zn2sno4/活性炭电极材料的电化学性能，可知本发明成功制备出了具有较高的比电容值和良好的电化学性能稳定性的zn2sno4/活性炭电极材料。

附图说明

图1是实施方式一制备的zn2sno4/活性炭电极材料的sem图，通过图1可知本发明制备的zn2sno4/活性炭电极材料形成了zn2sno4负载填充活性炭孔道的结构。

图2是实施方式一制备的zn2sno4/活性炭电极材料的xrd曲线图，证实制备的zn2sno4/活性炭电极材料含有zn2sno4物相和活性炭物相。

图3是实施方式一制备的zn2sno4/活性炭电极材料的循环稳定性能图，通过图3可知本发明制备的zn2sno4/活性炭电极材料在2a/g电流密度下经过3000次循环仍保持91.2%的比电容值。

具体实施方式

下面是结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

具体实施方式一：一、将0.005molsncl4、0.01molzncl2、0.002molc4o6hkna和1g活性炭加入到100ml一缩二乙二醇（deg）中搅拌24h形成混合液a；二、制备2mol/lnaoh的deg溶液，并逐滴加入混合液a中，在70℃搅拌10h；三、将步骤二得到的混合物放到马弗炉中，在240℃煅烧2h；四、步骤三得到的物质用蒸馏水浸泡2h，过滤后再加入100mldeg，然后移入反应釜中200℃反应10h，所得产物用乙醇和蒸馏水清洗至中性，80℃下烘干得到zn2sno4/活性炭电极材料。

具体实施方式二：一、将0.005molsncl4、0.01molzncl2、0.002molc4o6hkna和0.5g活性炭加入到100ml一缩二乙二醇（deg）中搅拌24h形成混合液a；二、制备2mol/lnaoh的deg溶液，并逐滴加入混合液a中，在50℃搅拌10h；三、将步骤二得到的混合物放到马弗炉中，在240℃煅烧2h；四、步骤三得到的物质用蒸馏水浸泡2h，过滤后再加入100mldeg，然后移入反应釜中220℃反应8h，所得产物用乙醇和蒸馏水清洗至中性，80℃下烘干得到zn2sno4/活性炭电极材料。

具体实施方式三：一、将0.005molsncl4、0.01molzncl2、0.002molc4o6hkna和1g活性炭加入到100ml一缩二乙二醇（deg）中搅拌24h形成混合液a；二、制备2mol/lnaoh的deg溶液，并逐滴加入混合液a中，在80℃搅拌10h；三、将步骤二得到的混合物放到马弗炉中，在240℃煅烧2h；四、步骤三得到的物质用蒸馏水浸泡2h，过滤后再加入100mldeg，然后移入反应釜中150℃反应24h，所得产物用乙醇和蒸馏水清洗至中性，80℃下烘干得到zn2sno4/活性炭电极材料。

具体实施方式四：一、将0.005molsncl4、0.01molzncl2、0.002molc4o6hkna和2g活性炭加入到100ml一缩二乙二醇（deg）中搅拌24h形成混合液a；二、制备2mol/lnaoh的deg溶液，并逐滴加入混合液a中，在60℃搅拌10h；三、将步骤二得到的混合物放到马弗炉中，在240℃煅烧2h；四、步骤三得到的物质用蒸馏水浸泡2h，过滤后再加入100mldeg，然后移入反应釜中180℃反应18h，所得产物用乙醇和蒸馏水清洗至中性，80℃下烘干得到zn2sno4/活性炭电极材料。