一种太阳能超级电容器电极材料、制备方法及其应用与流程

1.本发明属于纳米催化剂材料技术领域，具体涉及一种太阳能超级电容器电极材料、制备方法及其应用。


背景技术：

2.能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础；煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，也带来了严重的环境污染和生态系统破坏，以太阳能和风能等清洁能源以其独具的优势，将在世界能源结构中成为主导能源。
3.太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置，太阳能电池一般不是单独使用的，需要配备光伏控制器、蓄电池来组成一套太阳能电源。太阳能发电板只是将光能转变成电能的装置，无法储存电能。光线强的时候，能产生较高的电动势；光线弱的时候只能产生较低的电动势。输出的电压很不稳定，无法正常为用电设备供电，通过电压转换模块将太阳能发电板产生的不稳定电压，转变成适宜为蓄电池充电的电压，向蓄电池充电。超级电容器作为一种电化学储能装置，具有高度可逆的性质，功率密度远超普通电容器，其类似于蓄电池，是具有强大的程度差异的储能装置，介于普通电池和普通电容器的超级电化学元件。
4.光充电超级电容器是一种一体化器件，它将太阳能电池和超级电容器集成为一体。这种器件可以提高光伏器件对太阳能的利用效率，及时将转化得到的电能储存到储能器件中。
5.在超级电容器电极材料中，二元过渡金属硫化物，ni-co硫化物被普遍报道为很有前途的赝电容材料，在硫化物中过渡金属的价态与金属的价态接近，使得这些化合物表现出比相应氧化物更好的导电性。另外，由于s的电负性比o低，材料硫化后表现出额外的结构柔性，有利于表现出比金属氧化物更高的结构稳定性。
6.同时，由于纳米结构可以增大活性表面积、较小离子传输路径，所以纳米材料可以产生更高的比电容。共沉淀法是制备石墨烯纳米复合材料的常用策略，但由于现有策略中大多添加有毒溶剂nh4f,因此，采用简便、绿色的方法制备低成本高性能的复合材料仍具有挑战性。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种太阳能超级电容器电极材料、制备方法及其应用，本发明通过采用柠檬酸助液相共沉淀法及后续煅烧处理制备了纳米球状的nico2s4/rgo杂化物，四硫化二钴合镍(nico2s4)由于ni和co的多重价态，可以产生更高的比电容，将其与太阳能电池板结合，可以充分利用太阳能资源，具有充放电效率高、循环寿命长等优点。
8.本发明通过如下技术方案实现：
9.第一方面，本发明提供了一种太阳能超级电容器电极材料，所述材料为纳米球状
的四硫化二钴合镍杂化物，通过在石墨烯基底上生成粒径大小为35nm的nico2s4纳米球，进一步通过柠檬酸助液相共沉淀法及后续煅烧处理制备得到。
10.另一方面，本发明还提供了一种太阳能超级电容器电极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
11.步骤一：在去离子水中，加入氧化石墨凝胶，超声分散20-30min后，得到氧化石墨悬浮液，继续加入柠檬酸，超声10min，在持续搅拌条件下，以一定速度滴加naoh碱液，控制溶液稳定至一定范围，稳定一段时间，将六水合硝酸镍、六水合硝酸钴、硫脲溶于去离子水中，形成混合盐溶液，同时以一定速度滴加混合盐溶液和碱液，保持ph稳定至一定范围；待混合盐溶液滴加完毕后，将溶液转移至teflon反应釜中，在80-100℃下，晶化5-8h，反应结束后，待反应釜冷却至室温后，用去离子水离心洗涤，在冻干机干燥2-3h，得到前驱体；
12.步骤二：在氮气气氛中，氮气流速100ml/min，将步骤一得到的前体以2℃/min升温至200-350℃，煅烧2-3h后，得到纳米球状nico2s4/rgo材料。
13.进一步地，步骤一中以0.8-1.5ml/min速度滴加naoh碱液，控制溶液ph＝10
±
0.1，稳定5-10min。
14.进一步地，步骤一中以0.9-1.4ml/min速度滴加混合盐溶液和碱液，保持ph稳定至10
±
0.1。
15.进一步地，步骤一中所述teflon反应釜的衬里为聚四氟乙烯teflon。
16.进一步地，步骤一中所述混合盐溶液中镍、钴、硫三种元素的摩尔比为1:2:4，镍离子和钴离子的摩尔范围之和范围为10-20mmol。
17.进一步地，步骤一中所述naoh碱液的浓度为0.2-0.25mol/l。
18.进一步地，步骤一中所述柠檬酸的质量范围为20-30mg。
19.第三方面，本发明还提供了一种太阳能超级电容器电极材料在太阳能补电储能系统方面的应用，所述太阳能补电储能系统包括本发明上述电极材料及太阳能电池板。
20.与现有技术相比，本发明的优点如下：
21.本发明的一种太阳能超级电容器电极材料、制备方法及其应用，本发明通过采用柠檬酸助液相共沉淀法及后续煅烧处理制备了纳米球状的nico2s4/rgo杂化物，四硫化二钴合镍(nico2s4)由于ni和co的多重价态，可以产生更高的比电容，将其与太阳能电池板结合，可以充分利用太阳能资源，具有充放电效率高、循环寿命长等优点。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
23.图1为本发明实施例1制备得到的nico2s4/rgo的xrd图；
24.图2为本发明实施例1制备得到的nico2s4/rgo的sem图。
具体实施方式
25.为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
26.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
28.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
29.实施例1
30.本实施例提供了一种太阳能超级电容器电极材料，所述材料为纳米球状的四硫化二钴合镍杂化物，通过在石墨烯基底上生成粒径大小为35nm的nico2s4纳米球，进一步通过柠檬酸助液相共沉淀法及后续煅烧处理制备得到。
31.实施例2
32.本实施例提供了一种太阳能超级电容器电极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
33.步骤一：在去离子水中，加入氧化石墨凝胶，超声分散20-30min后，得到氧化石墨悬浮液，继续加入柠檬酸，超声10min，在持续搅拌条件下，以0.8-1.5ml/min速度滴加naoh碱液，控制溶液ph＝10
±
0.1，稳定5-10min，将六水合硝酸镍、六水合硝酸钴、硫脲溶于去离子水中，形成混合盐溶液，同时以0.9-1.4ml/min速度滴加混合盐溶液和碱液，保持ph稳定至10
±
0.1；待混合盐溶液滴加完毕后，将溶液转移至teflon反应釜中，在80-100℃下，晶化5-8h，反应结束后，待反应釜冷却至室温后，用去离子水离心洗涤，在冻干机干燥2-3h，得到前驱体；
34.步骤二：在氮气气氛中，氮气流速100ml/min，将步骤1)得到的前体以2℃/min升温至200-350℃，煅烧2-3h后，得到纳米球状nico2s4/rgo材料。
35.在本实施例中，步骤一中所述teflon反应釜的衬里为聚四氟乙烯teflon。
36.在本实施例中，步骤一中所述混合盐溶液中镍、钴、硫三种元素的摩尔比为1:2:4，镍离子和钴离子的摩尔范围之和范围为10-20mmol。
37.在本实施例中，步骤一中所述naoh碱液的浓度为0.2-0.25mol/l。
38.在本实施例中，步骤一中所述柠檬酸的质量范围为20-30mg。
39.图1为本实施例的nico2s4/rgo的xrd图，从图1中可以看出，在2θ角为31.5
°
、38.1
°
、
50.3
°
、55.1
°
处分别显示出对应于面心立方晶相nico2s4的(311)、(400)、(511)、(440)等晶面的衍射峰，与nico2s4标准谱图(jcpds 43-1477)一致，且谱图中没有发现co9s8(jcpds 86-2273)或是ni3s2(jcpds 85-0775)等杂质的衍射峰，表明采用本实施例的制备方法制备得到的材料为nico2s4/rgo。
40.图2为本实施例的nico2s4/rgo的sem图，sem结果表明生成了粒径大小约为35nm的nico2s4纳米球。
41.实施例3
42.本实施例提供了一种太阳能超级电容器电极材料在太阳能补电储能系统方面的应用，所述太阳能补电储能系统包括本发明上述电极材料及太阳能电池板；四硫化二钴合镍(nico2s4)由于ni和co的多重价态，可以产生更高的比电容，将其与太阳能电池板结合，可以充分利用太阳能资源，所述太阳能电池板吸收太阳能，转换为电能，并将电能储存至所述超级电容器储能模块中。
43.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
44.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
45.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。