用于光伏儲能的四氧化三鈷非對稱超級電容器及制備方法技術

本發明專利技術提供一種用于光伏儲能的Co3O4非對稱超級電容器及其制備方法，包括如下步驟：S1、制備Co3O4納米管電極：將Co(NO3)2·6H2O和尿素的混合溶液、及泡沫鎳加入到反應釜中進行水熱反應，待反應釜冷卻后清洗樣品，干燥，獲得沉積有Co3O4納米管陣列的泡沫鎳，作為Co3O4納米管電極；S2、組裝非對稱超級電容器：以Co3O4納米管電極為正極，以活性炭電極為負極，在正極、負極之間以隔膜隔開。本發明專利技術提供了一種制備工藝簡單的Co3O4非對稱超級電容器制備方法，制得的非對稱超級電容器綠色環保、價格低廉，且性能優異。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于超級電容器
，特別涉及一種可用于光伏儲能的Co3O4非對稱超級電容器及制備方法
技術介紹
近年來，能源短缺和環境污染問題成為阻礙社會發展的障礙。使得越來越多的研究人員開始從事與新型綠色能源相關領域的研究與開發。而太陽能因其源源不斷的照射地面，且清潔而無任何污染，同時隨著太陽能電池板轉換效率的提高，使得太陽能成為新興能源的開發方向。高性能的能量存儲設備成為太陽能能源發展的重要支撐點。目前所采用的能量存儲設備有鋰離子電池和超級電容器。而鋰離子電池是依靠化學反應存儲能量。由于充放電速率比較慢，化學反應產生的不可逆效應。使得在利用太陽能充電時對鋰離子電池產生不可修復的損壞。而超級電容器是依靠電極界面靜電吸附來存儲電荷，可以在短時間內接受太陽能的大電流充電，從而作為能量存儲和緩沖裝置。Co3O4由于高理論比容量(約3560Fg-1)、高導電性、自然資源豐富、環境友好、易于合成等優點，成為一種深受研究人員感興趣的電極材料。然而，如何開發一種工藝簡單且性能優異的Co3O4超級電容器也是本領域所面對的技術問題之一。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種制備工藝簡單的Co3O4非對稱超級電容器制備方法，該方法制備工藝簡單，且制備的Co3O4非對稱超級電容器綠色環保、價格低廉且性能優異，該Co3O4非對稱超級電容器可以應用于光伏儲能。本專利技術為達到其目的，采用的技術方案如下：一種Co3O4非對稱超級電容器的制備方法，包括如下步驟，S1、制備Co3O4納米管電極：將Co(NO3)2·6H2O和尿素的混合溶液、及泡沫鎳加入到反應釜中進行水熱反應，待反應釜冷卻后清洗樣品，干燥，獲得沉積有Co3O4納米管陣列的泡沫鎳，作為Co3O4納米管電極；S2、組裝非對稱超級電容器：以Co3O4納米管電極為正極，以活性炭電極為負極，在正極、負極之間以隔膜隔開。優選的，所述混合溶液中Co(NO3)2·6H2O濃度為25～75mmol/L、尿素濃度為250～375mmol/L。優選的，所述水熱反應的溫度為80～110℃、反應的時間為6～12h。通過該優選條件制備的Co3O4納米管電極，其Co3O4納米管長度為0.9～1.2μm，內外徑分別約為60nm和120nm，Co3O4納米管厚度約為17nm，小于電解質在電極材料表面的滲透深度20nm，縮短離子的擴散距離，使納米管的活性物質完全參與電化學氧化還原反應中。優選的，所述干燥的溫度為60～100℃、干燥時間為8-20h。作為一種優選方案，所述活性炭電極按照如下步驟制備：將活性炭、乙炔和和聚偏氟乙烯按照5-10∶1∶1的質量比例混合，加入酒精作為分散劑混合攪勻，均勻涂敷在泡沫鎳基底上。作為一種具體實施方式，所述隔膜材質為PET。作為一種優選方式，步驟S2中，組裝非對稱超級電容器所用的電解質為3～6MKOH溶液。本專利技術第二方面提供一種Co3O4非對稱超級電容器，按照上文所述的制備方法制得。所得的非對稱超級電容器稱為Co3O4//AC非對稱超級電容器。該非對稱超級電容器在電流密度2.5mAcm-2下能得到高能量密度55.4Whkg-1，在20mAcm-2電流密度下得到高功率密度4490Wkg-1。進一步優選的，上文所述的非對稱超級電容器，其Co3O4納米管電極優選采用如下步驟制備：將Co(NO3)2·6H2O和尿素的混合溶液、及泡沫鎳加入到反應釜中進行水熱反應，待反應釜冷卻后清洗樣品，干燥，獲得沉積有Co3O4納米管陣列的泡沫鎳，作為Co3O4納米管電極；其中，混合溶液中Co(NO3)2·6H2O濃度為1～3mmol、尿素濃度為10～15mmol；水熱反應的溫度為80～110℃、反應的時間為6～12h。借由該優選方案，所獲得的非對稱超級電容器綜合新能佳，且循環穩定性好，在20mAcm-2電流密度下循環36000次，比容量仍能保持90.4％。上文所述的非對稱超級電容器可在光伏儲能領域中的應用。本專利技術提供的技術方案具有如下有益效果：(1)本專利技術采用水熱生長技術制備Co3O4納米管電極，具有工藝簡單，操作方便的特點。選用Co3O4作電極材料，具有資源豐富、高氧化還原活性、極高比容量的特點。(2)本專利技術優選方案中制備的Co3O4納米管電極中，Co3O4納米管長度為0.9～1.2μm，內外徑分別約為60nm和120nm；(3)本專利技術優選方案中，Co3O4納米管厚度約為17nm，小于電解質在電極材料表面的滲透深度20nm，縮短離子的擴散距離，使納米管的活性物質完全參與電化學氧化還原反應；(4)本專利技術的Co3O4//AC非對稱超級電容器在電流密度2.5mAcm-2下能得到高能量密度55.4Whkg-1；在20mAcm-2電流密度下得到高功率密度4490Wkg-1；(5)本專利技術可獲得具有較好循環穩定性的的Co3O4//AC非對稱超級電容器，優選方案制得的非對稱超級電容器，在20mAcm-2電流密度下循環36000次，比容量仍能保持90.4％；(6)本專利技術的Co3O4//AC非對稱超級電容器可適用于太陽能電池板快充，太陽能電池板充滿超級電容器時間為20s左右，且不存在快充過程中過熱、爆炸等風險，是一種安全性高、綠色環保的非對稱超級電容器；(7)經試驗證明，4個串聯的3cm2Co3O4//AC非對稱超級電容器組點一個亮藍光LED燈的時間為12min，其應用性能好。附圖說明圖1是專利技術實施例4中Co3O4//AC非對稱超級電容器20mAcm-2電流密度下36000次循環壽命圖；圖2是專利技術實施例4中Co3O4//Co3O4、AC//AC對稱超級電容器和Co3O4//AC非對稱超級電容器功率密度與能量密度的關系圖；圖3中圖(a)為本專利技術實施例1Co3O4納米管的掃描電子掃描顯像圖，圖(b)為本專利技術實施例1中Co3O4納米管的透射電子顯像圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術的技術方案做進一步說明：本專利技術提供一種Co3O4非對稱超級電容器，以Co3O4納米管電極為正極，以活性炭電極為負極，在正極、負極之間以隔膜隔開，以3～6MKOH溶液為電解質。優選的，其中的Co3O4納米管電極，通過水熱法制備，具體制備方法為：將Co(NO3)2·6H2O和尿素的混合溶液、及泡沫鎳加入到反應釜中進行水熱反應，待反應釜冷卻后清洗樣品，干燥，獲得沉積有Co3O4納米管陣列的泡沫鎳，作為Co3O4納米管電極。其中，優選的，混合溶液中Co(NO3)2·6H2O濃度為25～75mmol/L、尿素濃度為250～375mmol/L。優選的，水熱反應的溫度為80～110℃、反應的時間為6～12h。優選的，干燥溫度為60～100℃、干燥時間為8-20h。其中，活性炭電極優選按照如下步驟制備：將活性炭、乙炔和和聚偏氟乙烯按照5-10∶1∶1的質量比例混合，加入酒精作為分散劑混合攪勻，均勻涂敷在泡沫鎳基底上。下面通過具體實施例對本專利技術的技術方案進一步說明。實施例1一種Co3O4納米管電極，按照如下步驟制備：將0.727gCo(NO3)2·6H2O和0.7g尿素混合均勻于40mL超純水中，再將泡沫鎳加入到反應釜內襯中進行水熱反應，反應溫度為90℃，反應時間為10h；待反應釜冷卻后清洗樣品，6本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種Co3O4非對稱超級電容器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟，S1、制備Co3O4納米管電極：將Co(NO3)2·6H2O和尿素的混合溶液、及泡沫鎳加入到反應釜中進行水熱反應，待反應釜冷卻后清洗樣品，干燥，獲得沉積有Co3O4納米管陣列的泡沫鎳，作為Co3O4納米管電極；S2、組裝非對稱超級電容器：以Co3O4納米管電極為正極，以活性炭電極為負極，在正極、負極之間以隔膜隔開。

【技術特征摘要】
1.一種Co3O4非對稱超級電容器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟，S1、制備Co3O4納米管電極：將Co(NO3)2·6H2O和尿素的混合溶液、及泡沫鎳加入到反應釜中進行水熱反應，待反應釜冷卻后清洗樣品，干燥，獲得沉積有Co3O4納米管陣列的泡沫鎳，作為Co3O4納米管電極；S2、組裝非對稱超級電容器：以Co3O4納米管電極為正極，以活性炭電極為負極，在正極、負極之間以隔膜隔開。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述混合溶液中Co(NO3)2·6H2O濃度為25～75mmol/L、尿素濃度為250～375mmol/L。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述水熱反應的溫度為80～110℃、反應的時間...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳心滿，潘雪雪，冀鳳振，章勇，
申請(專利權)人：華南師范大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44