阳极的非对称超级电容器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电化学储能领域，涉及非对称超级电容器及其制备方法，特别涉及一种基于MoS2阳极的非对称超级电容器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]超级电容器具有高功率密度、循环寿命长、安全和低维护成本的特点，因而主要用于能源的后备电源设备、混合电动车及可再生能源系统，但均要求较高的能量密度。与对称超级电容器相比，非对称超级电容器有更宽的电压窗口，有望增加能量密度。目前，由于活性炭的大表面积、良好的导电性和稳定性，常用作非对称超级电容器阳极材料。但活性炭的比容量较低，基于等式l/c= l/Can+l/Crat(CaJ日极电容，(:。^月极电容)可知，活性炭较低的比容量也限制非对称超级电容器能量密度的提高。
[0003]为了进一步提高非对称超级电容器的能量密度，迫切需要探索导电性较好、比容量高的新型阳极材料。MoS2由于高的理论比容量、合适的电压窗口、低成本、资源丰富、无毒，常应用于超级电容器。然而，MoS2差的导电性是它的劣势。另外，以往有关MoS2超级电容的报道，均为阴极材料，未曾见MoS2为阳极材料的研究。
【发明内容】
[0004]本发明为弥补现有技术的不足，提供一种工艺简单、绿色环保、价格低廉的基于MoS2阳极的非对称超级电容器及其制备方法。
[0005]本发明为达到其目的，采用如下技术方案:
[0006]—种基于MoS2阳极的非对称超级电容器的制备方法，包括如下步骤，
[0007]1)制备阳极材料:将Na2Mo04.2H20和C2H5NS的混合溶液、及泡沫镍加入反应釜进行水热反应，之后冷却反应釜，清洗、干燥产物，得蜂窝状MoS2纳米片电极材料；
[0008]2)制备阴极材料:在以泡沫镍为工作电极、铂片为对电极、饱和甘汞电极为参比电极的三电极系统中，以Co(N03)2和KC1的混合溶液为电解液，在室温下进行恒流沉积，得0)(0!1)2纳米片电极材料；
[0009]3)组装非对称超级电容器:以1?6mol/L的Κ0Η溶液为电解液、以蜂窝状MoSjfi米片电极材料为阳极、以CO(0H)2m米片电极材料为阴极，在阳极和阴极之间设隔膜组装成非对称超级电容器。
[0010]进一步的，步骤1)中所述混合溶液含有Na2Mo04.2Η20 1.5?6g/L。
[0011]进一步的，步骤1)中所述混合溶液含有C2H5NS 3?9g/L。
[0012]进一步的，步骤1)中所述水热反应的反应温度为160?200°C，反应时间为12?36h0
[0013]优选的，步骤1)中在25?60°C干燥产物，干燥时间优选为12-24h。
[0014]进一步的，步骤2)中所述恒流沉积采用的电流密度为5?10mA cm2，恒流沉积时间为1?20min。
[0015]进一步的，步骤2)中所述混合溶液含有Co(N03)20.05?0.2mol/L、KC10.05?0.2mol/L0
[0016]优选的，步骤3)中所述隔膜选自聚乙烯膜、聚丙烯膜、琼脂膜、玻璃纤维膜、石棉纤维膜、PET膜中的至少一种。
[0017]本发明第二方面提供一种采用如上文所述的制备方法制得的非对称超级电容器。
[0018]本发明提供的技术方案具有如下有益效果:
[0019](1)选用MoS2作电极材料，具有价格廉价、资源丰富、环境友好、高氧化还原活性、极高比容量的特点；
[0020](2)选水热生长技术，工艺简单、操作简便，通过水热温度以及水热时间等参数可有效地控制材料的形貌；
[0021](3)本发明的蜂窝状MoS2以及Co(OH) 2超薄纳米片结构有丰富开放的空间，可以提供更多的表面活性位，使电解质能有效渗透，有利于电荷在材料和电解质间的转移；
[0022](4)本发明以MoS2为阳极，替代传统的活性炭阳极，有利于提高器件的能量密度和功率密度。
[0023](5)本发明的Co(0H)2//MoS2#对称超级电容器在电流密度1mA cm 2下得到高能量密度 19.7ffh kg 'ο
[0024](6)本发明的Co(0H)2//MoS2#对称超级电容器在5mA cm 2电流密度下得到高功率密度 1250.0ffkg、
[0025](7)本发明的Co (OH)2//MoSd0i称超级电容器具有较好的循环稳定性，在5mAcm 2电流密度下循环4000次，比容量仍能保持92.3%。
[0026]本申请发明人采用水热生长MoS2，通过反应参数的优化控制，得到蜂窝状的MoS2纳米片结构，并以其为阳极与恒流沉积Co(0H)2m米片阴极组装成非对称超级电容器，该非对称超级电容器表现出较高的能量密度、功率密度以及良好的稳定性。
【附图说明】
[0027]图1是实施例1中Co (OH) 2//MoS2非对称超级电容器功率密度与能量密度的关系图；
[0028]图2是实施例1中Co (OH) 2//MoS2非对称超级电容器5mA cm 2电流密度下4000次循环寿命图；
[0029]图3中(a)为实施例1蜂窝状MoS2纳米片的电子扫描显像图，(b)为实施例1中Co (0H) 2纳米片的电子扫描显像图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明:
[0031]实施例1
[0032]—种基于MoS2阳极的非对称超级电容器，包含水热法制备的蜂窝状MoSjfi米片阳极材料和恒流电沉积法制备的CO(0H)2m米片阴极材料，该非对称超级电容器具体按照如下步骤制备:
[0033]1)水热法制备蜂窝状MoSjfi米片阳极材料:混合均匀的含有3g/L Na 2Mo04.2H20和6g/L C2H5NS的溶液及泡沫镍加入到反应釜中，在200°C水热反应24h，待反应釜冷却后清洗样品，并60°C干燥12h，得到蜂窝状MoSjfi米片电极材料；
[0034]2)恒流电沉积法制备CO(0H)2m米片阴极材料:以泡沫镍为工作电极、铂片为对电极、232甘汞电极为参比电极组成三电极系统，以含有0.lmol/L Co(N03)2和0.lmol/LKC1的混合溶液为电解质在室温下5mA cm 2恒流6min沉积到泡沫镍上，得到Co (0H) 2纳米片电极材料；
[0035]3)组装Co (OH) 2//MoS2非对称超级电容器:在3mol/L Κ0Η溶液中，以蜂窝状MoS 2纳米片为阳极、以Co (0H)2纳米片为阴极、在阳极和阴极之间以PET为隔膜组装成非对称超级电容器。
[0036]对实施例1制备的Co (OH) 2//MoS2非对称超级电容器进行检测，其功率密度与能量密度的关系图如图1所示，从图1中可以看出，非对称超级电容器功率密度为244.3ffkg \483.3ffkg \721.9ffkg \987.8ff kg \ 1250.0Wkg 1 分别对应的能量密度为 19.7Wh kg \11.3ffh kg \7.5ffh kg \5.6ffh kg \4.4ffh kg1。在电流密度 1mA cm 2得到高能量密度19.7ffh kg\在5mA cm 2电流密度下得到高功率密度1250.0W kg ^这些结果比先前的超级电容器性能要好，在同样的功率密度下比AC//AC对称电容器能量密度(248Wh kg1在5.4Wkg 1下)高(来自如下文献 Jing, M.et al., Electrochimica Acta 141 (2014) 234-240.) 0Co(0H)2//MoS2非对称超级电容器在5mA cm 2电流密度下4000次循环寿命图如图2所示，从图2中可以看出，在5mA cm 2电流密度下循环4000次，比容量仍能保持92.3%，表现出良好的循环稳定性，比其他钴基类的非对称电容器循环稳定性好，例如Co(0H)2//VN非对称电容器在1A g 1循环4000次容量保留86% (来自如下文献Wang, R.et al., J.Mater.Chem.A, 2014，2，12724-12732.)。
[0037]本发明的技术方案为在现有技术的基础上改进获得，文中未特别说明之处均为本技术领域的公知常识或常规技术手段，在此不再一一赘述。
[0038]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种基于MoS 2阳极的非对称超级电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤， 1)制备阳极材料:将Na2Mo04.2H20和C2H5NS的混合溶液、及泡沫镍加入反应釜进行水热反应，之后冷却反应釜，清洗、干燥产物，得蜂窝状MoS2纳米片电极材料； 2)制备阴极材料:在以泡沫镍为工作电极、铂片为对电极、饱和甘汞电极为参比电极的三电极系统中，以Co(N03)2和KC1的混合溶液为电解液，在室温下进行恒流沉积，得0)(0!1)2纳米片电极材料； 3)组装非对称超级电容器:以1?6mol/L的K0H溶液为电解液、以蜂窝状MoS2纳米片电极材料为阳极、以CO(0H)2m米片电极材料为阴极，在阳极和阴极之间设隔膜组装成非对称超级电容器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述混合溶液含有Na2Mo04.2ΗΖ0 1.5 ?6g/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述混合溶液含有C2H5NS3 ?9g/L04.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述水热反应的反应温度为160?200°C，反应时间为12?36h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中在25?60°C干燥产物。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述恒流沉积采用的电流密度为5?10mA cm 2，丨旦流沉积时间为1?20min。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述混合溶液含有Co (N03) 20.05 ?0.2mol/L、KC1 0.05 ?0.2mol/L08.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述隔膜选自聚乙烯膜、聚丙烯膜、琼脂膜、玻璃纤维膜、石棉纤维膜、PET膜中的至少一种。9.一种采用如权利要求1?8任一项所述的制备方法制得的非对称超级电容器。
【专利摘要】本发明提供一种基于MoS2阳极的非对称超级电容器及其制备方法，该制备方法包括如下步骤，1)将Na2MoO4·2H2O和C2H5NS的混合溶液、及泡沫镍加入反应釜进行水热反应，冷却反应釜，清洗、干燥产物，得蜂窝状MoS2纳米片电极材料；2)在以泡沫镍为工作电极、铂片为对电极、饱和甘汞电极为参比电极的三电极系统中，以Co(NO3)2和KCl的混合溶液为电解液，在室温下进行恒流沉积，得Co(OH)2纳米片电极材料；3)以KOH溶液为电解液、以蜂窝状MoS2纳米片电极材料为阳极、以Co(OH)2纳米片电极材料为阴极，在阳极和阴极之间设隔膜组装成非对称超级电容器。本发明提供的方法工艺简单、绿色环保。
【IPC分类】H01G11/86, H01G11/84, H01G11/30, H01G11/26, H01G11/12
【公开号】CN105355461
【申请号】CN201510821905
【发明人】陈心满, 潘雪雪
【申请人】华南师范大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月23日