一种CoSb3基方钴矿材料作为超级电容器电极材料的制备方法与流程

本发明涉及超级电容器领域，具体涉及cosb3基方钴矿材料应用于超级电容器的制备方法和性能探索。
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。电极材料是超级电容器的核心部件。目前研究比较广泛的电极材料主要是碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物，这些材料主要的特点是具有较大的电导率。cosb3基方钴矿作为中温段热电性能最好的材料之一，其最大的特点就是具有很高的电导率，并且原材料无毒、无污染、在地球中储量丰富且分布广泛。因此本发明提供了一种具有成本低、设备简单、适宜大规模生产的超级电容器电极材料的制备方法，并首次将热电材料应用于超级电容器。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种具有成本低、对设备要求简单、适宜大规模生产的cosb3基方钴矿材料作为超级电容器电极材料的制备方法，并首次将该热电材料应用于超级电容器。本方法制备的应用于超级电容器的cosb3基方钴矿材料具有较大的比表面积，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和优异的倍率性能。为实现以上目的，本发明中一种cosb3基方钴矿材料作为超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：按照化学计量比co4sb11.2sn0.02te0.78称重金属sn、co、sb和te，将称量好的金属单质装入石墨坩埚，并将石墨坩埚置于石英管中进行抽真空封管；所得密封石英管加热升温至1365k到1382k之间，熔融12个小时后缓慢降温至室温，得到熔融合金铸体；然后再次将石英管加热升温至966k到983k之间，退火119到121个小时后自然冷却至室温得到退火样品，退火样品经高能球磨研磨成纳米尺寸的粉末；步骤2：将步骤1所得co4sb11.2sn0.02te0.78粉末，乙炔黑和聚偏二氟乙烯按照质量比7:2:1的比例混合，并滴加适量的n-甲基吡咯烷酮在玛瑙研钵中研磨1小时，使其充分混合得到混合浆料；步骤3：将步骤2得到的混合浆料均匀地涂抹在经去离子水和酒精超声处理的泡沫镍上，并将该泡沫镍放置于真空干燥箱中55到65℃真空干燥12小时，待温度自然冷却至室温后，取出泡沫镍在不小于10mpa的压力下压置不低于2min，得到超级电容器电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78。进一步的，所述步骤1中第一次将所得密封石英管加热升温至1373k；第二次将石英管加热升温至973k，退火120个小时后自然冷却至室温得到退火样品。进一步的，所述步骤3中将该泡沫镍放置于真空干燥箱中60℃真空干燥12小时，待温度自然冷却至室温后，取出泡沫镍在10mpa的压力下压置2min，得到超级电容器电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78。本发明的目的是这样实现的：本发明采用熔融-退火-高能球磨的工艺制备应用于超级电容器的电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78。采用传统的三电极体系，以活性材料为工作电极，铂片为对电极，hg/hgo为参比电极探索cosb3基方钴矿材料应用于超级电容器的电化学性能。本方法制备出的电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78具有较大的比表面积，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，同时在强碱性的水性溶液中，表现出超高的比容量和优异的倍率性能，由此表明cosb3基方钴矿材料不仅具有优异的热电性能，还是一种潜在的具有优异电化学性能的超级电容器电极材料。附图说明图1是所得超级电容器电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78的x射线衍射图。x射线衍射特征峰与标准卡片pdf#78-0976很好的匹配，证明实施例所制备的样品确实为co4sb11.2sn0.02te0.78超级电容器电极材料；图2是所得超级电容器电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78在不同扫描速度下的循环伏安曲线图；图3是所得超级电容器电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78在不同电流密度下的恒电流充放电曲线图；表1是所得超级电容器电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78在不同电流密度下的比容量。具体实施方式下面结合附图对发明的具体实施方式进行描述。步骤1：高纯金属sn、co、sb和te作为起始原料，按照化学计量比co4sb11.2sn0.02te0.78称重，将称量好的金属单质装入石墨坩埚，并将石墨坩埚置于石英管中。在1.0×10-6mbar的真空条件下将石英管密封，置于马弗炉内，以5k/min的速度升温至1373k，熔融12小时后以10k/min的速度降温至室温，得到熔融合金铸体；然后再次将石英管放置于马弗炉内，以5k/min的速度升温至973k，退火120小时后自然冷却至室温得到退火样品，退火样品经高能球磨研磨成纳米尺寸的粉末；步骤2：将步骤1所得co4sb11.2sn0.02te0.78粉末，乙炔黑和聚偏二氟乙烯按照质量比7:2:1的比例混合，并滴加适量的n-甲基吡咯烷酮在玛瑙研钵中研磨1小时，使其充分混合得到混合浆料；步骤3：将步骤2得到的混合浆料均匀地涂抹在经去离子水和酒精超声处理的泡沫镍上，并将该泡沫镍放置于真空干燥箱中60℃真空干燥12小时，待温度自然冷却至室温后，取出泡沫镍在10mpa的压力下压置2min，得到超级电容器电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78。然后多次称量取平均值，得到泡沫镍的前后质量差，即为粉末样品在泡沫镍上的负载量。步骤4：测试步骤3所得超级电容器电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78的电化学性能。实验采用三电极体系：电解液为10moll-1的氢氧化钾溶液，样品的对电极为铂电极，参比电极为汞电极。实例所得超级电容器电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78在不同扫描速度下的循环伏安曲线如图2所示。循环伏安的电压测试范围为-0.2v至0.8v，扫描速度分别为5mv/s、10mv/s、20mv/s、30mv/s、40mv/s和50mv/s。各扫描速度下的循环伏安曲线均有明显的氧化还原峰，表明电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78的比电容以赝电容为主。随着扫描速度的增大，氧化还原峰位逐渐缓慢地向两边移动。实例所得超级电容器电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78在不同电流密度下的恒电流充放电曲线如图3所示。图(a)为电极材料施加电流密度分别为20ag-1、10ag-1和8ag-1时的充放电曲线，图(b)为电极材料施加电流密度分别为4ag-1、2ag-1和1ag-1时的充放电曲线。本次实验恒电流充放电的电压测试窗口为0v至0.5v。从图中可以看出，电极材料co4sb11.2sn0.02te0.78在0.3v至0.4v的电压窗口存在明显的放电平台，放电时间随着电流密度的逐渐增加而减小，比电容也逐渐降低。电流密度为1ag-1时，比电容最大，达到3636.4fg-1，当电流密度提高至20ag-1时，比电容还有804fg-1，如表1所示，同时该材料还显示出较好的倍率性能。由此表明cosb3基方钴矿材料不仅具有优异的热电性能，还是一种潜在的具有优异电化学性能的超级电容器电极材料。表1电流密度(ag-1)12481020比电容(fg-1)3636.43003.22357.61627.21408804当前第1页12