一种CoSx/PANI/MF复合柔性电极及其制备方法和应用

本发明属于电极材料，特别涉及cosx/pani/mf复合柔性电极。

背景技术：

1、近年来，随着便携式电子设备以及可穿戴电子产品的飞速发展，亟需开发轻质、稳定、安全的柔性储能器件。超级电容器具有超高功率密度、快速充放电、环保、长循环寿命等优点，受到广泛的关注。电极材料是制约超级电容器性能的主要因素之一，开发低成本、高性能电极被认为是实现柔性超级电容器实用化的关键。

2、商业低成本聚合物泡沫，如三聚氰胺泡沫(mf)，具有低密度、高孔隙率和优异的机械性能，是大规模生产柔性电极的理想基底材料。然而，由于mf的非导电性，很少有基于mf的电极材料。硫化钴是研究最广泛的电极活性材料之一，硫化钴纳米粉体在实际应用过程中容易发生团聚，从而降低活性材料的利用率及循环稳定性。直接在柔性基底上构筑硫化钴纳米片阵列，可充分暴露活性稳点、减少团聚、增强导电性。本发明引入聚苯胺(pani)来提高mf的导电性；利用沸石咪唑脂骨架co-zif-l衍生的中空纳米片阵列增加反应的活性位点数和分散性，从而提升容量、倍率性能和循环稳定性。因此，在柔性超级电容器中具有良好的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种cosx/pani/mf复合柔性电极的制备，采用该方法得到的cosx/pani/mf复合柔性电极具有显著提高电化学性能的优点。

2、本发明的技术方案是：cosx/pani/mf复合柔性电极的制备方法，特征为：包括以下步骤：

3、(1)将苯胺溶于20ml浓度为1m盐酸中，得到a溶液，将过硫酸铵(aps)溶于20ml浓度为1m盐酸中得到b溶液，然后将a溶液和b溶液混合，在混合溶液中加入一块清洗干净的三聚氰胺泡沫(mf)，在5℃冰浴条件下聚合反应，最后取出，洗涤、干燥，得到pani/mf；

4、(2)将钴盐和2-甲基咪唑分别溶解在40ml去离子水中，然后混合溶液，加入步骤(1)制得的pani/mf，快速搅拌5分钟，室温静置溶液，洗涤、干燥得到co-zif-l/pani/mf；

5、(3)将硫源溶于无水乙醇中，加入步骤(2)制得的co-zif-l/pani/mf，硫化反应后，洗涤、干燥得到cosx/pani/mf复合柔性电极。

6、所述步骤(1)中，苯胺的体积优选为20-200μl。

7、所述步骤(1)中，将过硫酸铵(aps)的量优选为0.05-0.15g。

8、所述步骤(1)中，聚合反应时间优选为5-24小时。

9、所述步骤(2)中，钴盐种类不限，包括氯化钴、硫酸钴、硝酸钴等中的一种或多种。

10、所述步骤(2)中，钴盐的摩尔浓度优选为0.02-0.15mol/l，2-甲基咪唑的摩尔浓度优选是0.10-0.40mol/l。

11、所述步骤(2)中，钴盐和2-甲基咪唑的摩尔比优选是1：(2-16)。

12、所述步骤(2)中，室温静置时间优选为2-24小时。

13、所述步骤(3)中，硫源种类包括但不限于硫化钠、硫脲、硫代乙酰胺一种或多种，优选是硫代乙酰胺。

14、所述步骤(3)中，硫源的摩尔浓度优选是0.05 -0.15mol/l。

15、所述步骤(3)中，硫化反应的温度优选是95-160℃；反应的时间优选是4-24小时。

16、综上所述，本发明cosx/pani/mf复合柔性电极，具有以下的有益效果：

17、(1)以商业三聚氰胺泡沫(mf)为柔性基底，成本低，引入聚苯胺(pani)提高了活性物质与基底之间的电子传输能力。在其上生长组装钴基沸石咪唑脂骨架(co-zif-l)阵列，采用溶液硫化法转化成硫化钴纳米片。保留了zif材料多孔形貌、多活性位点等优点，提高材料比容量和循环稳定性。

18、(2)在1m的koh电解质溶液中，在1a/g的电流密度下，cosx/pani/mf具有634.0c/g的高比容量，在10a/g的电流密度下，经历5000圈循环后，比容量的保留率为90.2％，同时，电极90度折叠100次后，比容量的保留率为76.2％，体现出良好的循环稳定性和柔性，对于柔性超级电容器具有特别意义。

19、(3)本发明制备方法简单高效，展现出柔性电极材料的构筑方面的积极影响，并且可以简单延伸构建用于能量存储与转化装置的其他复合柔性电极材料。

技术特征：

1.一种cosx/pani/mf复合柔性电极的制备方法，特征是在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述制备方法获得的cosx/pani/mf复合柔性电极作为柔性超级电容器电极的用途。

技术总结
本发明提供了CoS<subgt;x</subgt;/PANI/MF复合柔性电极的制备方法，包括以下步骤：首先，将苯胺溶液和过硫酸铵溶液混合，加入三聚氰胺泡沫聚合反应得到PANI/MF；然后将钴盐、2‑甲基咪唑配体和去离子水混合后浸入PANI/MF，在基底上生长出沸石咪唑脂骨架Co‑ZIF‑L纳米片阵列；最后，将纳米片阵列加入到硫源溶液中，硫化得到CoS<subgt;x</subgt;/PANI/MF复合柔性电极。本发明以低成本商业三聚氰胺泡沫为柔性基底，利用PANI修饰和中空结构的构筑，增加材料的活性位点数、导电性和稳定性，从而提升柔性超级电容器性能。

技术研发人员：陈伟,杨翠,陶凯
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29