电极电容的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电化学技术领域，涉及一种简便、廉价、高效的提高Ti02电极电容的方法。
【背景技术】
[0002]化石能源枯竭和全球气候变暖使人们对可再生能源的利用日益重视，大力发展清洁能源汽车也成为不可逆转的趋势。高效的能量储存和转换技术是可再生能源利用和发展电动汽车的关键技术之一。超级电容器，也称电化学电容器，是一类性能介于物理电容器和二次电池之间的新型储能器件，兼有物理电容器高比功率和电池高比能量的特点。由于具有功率密度高、循环寿命长、能瞬间大电流快速充放电、工作温度范围宽、安全、无污染等特点，超级电容器在电动汽车、不间断电源、航空航天、军事等诸多领域有广阔的应用前景，弓丨起了国内外研究者的广泛关注，成为当前电化学储能领域的研究热点之一。1102纳米管因其高比表面积，低毒性，高稳定性，在能源和环境领域都有着广泛的应用，比如染料敏化太阳能电池、超级电容器、锂电池和光催化等。
[0003]虽然Ti02纳米管的比表面积相对较大，当直接使用其作为超级电容器电极时，其电容性能较差。例如，打02纳米管制备成超级电容电极时，仅呈现出较低的双电层电容，容量为10?40yF/cm2，这主要是由本征态Ti02纳米管的低电导率所致。
[0004]因此，进一步提高Ti02纳米管的比表面积和电导率是提高其作为储能器件电极性能的关键。为了更好地提高比表面积，目前主要采用制备超长细孔径的纳米管(WangX, et al.ACS Appl.Mater.1nterfaces 6 (2014) 1361);为了提高 Ti02 纳米管的电导率和电容，目前主要采用的方法是在氧化物中引入非金属如C、N等(Ghicov A, et al.NanoLett.6 (2006) 1080)，使其原位掺杂，从而在Ti02能隙中产生受主或施主态，或降低禁带宽度达到提高电导率的目的。也有在Ti02纳米管内部引入导电聚合物如聚苯胺等，使其增强导电性(M.Faraji, et al.J.Electroanal.Chem.691 (2013) 51)来提高其导电性。然而，由于掺杂剂的引入而造成的诸如载流子复合以及热和电化学的不稳定性问题仍难以解决(RAsahi, et al.Science 293 (2001) 269)。另一方面，通过在Ti02晶格中引入氧空位(Ti3+位)产生施主态的自掺杂也能调控其能带结构，这种自掺杂方法可以极大地提高Ti02对可见光到红外光的响应、电导率及电化学活性。但是，目前最有效的自掺杂方法都是在高温下进行，如在氢气中煅烧(Lu X, et al.Nano Lett.12 (2012) 1690)。因此，找到一种简便、廉价、高效的方法提高Ti02电容性能是十分迫切的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种简便、廉价、高效的提高Ti02电极电容的方法，使Ti02电极材料能更好地满足储能器件领域的应用要求。
[0006]实现本发明目的的技术解决方案为:一种提高Ti02电极电容的方法，包括以下步骤:
[0007]第一步、制备Ti02电极；
[0008]第二步、将制备好的Ti02电极放在去离子水或氟盐溶液中浸泡，浸泡时间为20?150h，温度 25? ?7(TC ；
[0009]第三步、对Ti02电极进行退火处理，得到晶态Ti02电极；
[0010]第四步、在以晶态Ti02电极为工作电极，石墨棒为对电极，饱和甘汞电极为参比电极的三电极体系中，ο.5M硫酸钠溶液为电解液，进行循环伏安电化学掺杂处理，循环伏安的电位范围为-2.2V?0V，工作电极和对电极的两电极间距为1?8cm，扫描圈数3?100圈。
[0011]第一步中所述的Ti02电极通过以下步骤制备:以钛片为阳极，石墨片为阴极，在
0.5wt% NH4F和2vol% H20的乙二醇电解液中恒压一次阳极氧化2h，电极间距为3cm，阳极氧化电压为40?80V，用超声清洗器超声30min，移除氧化膜；相同条件下继续恒压二次阳极氧化2h，得到Ti02电极。
[0012]第三步中所述的退火处理主要通过以下步骤实现:以5°C /min的升温速率升温，升温至150°C后保温2h，随后继续升温，升至450°C后保温3h，最后自然降温。
[0013]与现有技术相比，本方法通过将Ti02电极放在去离子水或氟盐溶液中浸泡再进行电化学掺杂处理得到Ti02电极，此方法简便、经济、高效地增大了 Ti02电极的比表面积，从而提高其电容量，使其在储能领域具有更好的应用前景。
【附图说明】
[0014]图1是未浸泡的Ti02电极的扫描电镜图(SEM)。
[0015]图2是未浸泡的Ti02电极的循环伏安曲线(CV)。
[0016]图3是浸泡过的Ti02电极的扫描电镜图(SEM)。
[0017]图4是浸泡过的Ti02电极的循环伏安曲线(CV)。
【具体实施方式】
[0018]下面通过实施例进一步说明本发明。
[0019]比较例1
[0020]首先用丙酮和NaOH溶液去除Ti片表面油脂。然后将Ti片放入抛光液(HF: H3N03: H20体积比为1:1:2)中大约15s，去除表面氧化膜。之后用去离子水清洗，最后室温风干待用。处理好的Ti片为工作电极，石墨棒为对电极，电解液为0.2vol%H20的乙二醇溶液。恒温水浴25°C下，在恒定电压60V下，将抛光过的钛片一次阳极氧化2h。一次阳极氧化结束后，将Ti片放在去离子水中超声移除氧化膜，随后在相同条件下进行二次氧化，氧化时间为2h。二次阳极氧化结束后，用去离子水冲洗，风干。
[0021]对Ti02薄膜进行退火处理，以5°C /min的升温速率升温，升温至150°C后保温2h，随后继续升温，升至450°C后保温3h，最后自然降温，得到晶态Ti02电极。
[0022]对晶态的Ti02电极进行反向加电压处理。以Ti02电极为工作电极，石墨棒为对电极，0.5M硫酸钠溶液为电解液，两电极间间距为2.5cm、施加反向电压为5V和反应处理时间为 30s。
[0023]图1为制备好的Ti02电极的电镜照片；图2是其扫描速率为100mV/s的循环伏安曲线(CV)。以0.5M硫酸钠溶液为电解液，0.05mA/cm2电流密度进行充放电测试，电位范围-0.3-0.6V, Ti02 电极的比电容为 15.6mF/cm2。
[0024]实施例1
[0025]首先用丙酮和NaOH溶液去除Ti片表面油脂。然后将Ti片放入抛光液(HF: H3N03: H20体积比为1:1:2)中大