[发明专利]一种基于MoS2阳极的非对称超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

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

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1/C＝1/C_an+1/C_cat(C_an阳极电容，C_cat阴极电容)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。

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

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。

本发明为达到其目的，采用如下技术方案：

一种基于MoS₂阳极的非对称超级电容器的制备方法，包括如下步骤，

1)制备阳极材料：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，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(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)组装非对称超级电容器：以1～6mol/L的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。

进一步的，步骤1)中所述混合溶液含有Na₂MoO₄·2H₂O1.5～6g/L。

进一步的，步骤1)中所述混合溶液含有C₂H₅NS3～9g/L。

进一步的，步骤1)中所述水热反应的反应温度为160～200℃，反应时间为12～36h。

优选的，步骤1)中在25～60℃干燥产物，干燥时间优选为12-24h。

进一步的，步骤2)中所述恒流沉积采用的电流密度为5～10mAcm^-2，恒流沉积时间为1～20min。

进一步的，步骤2)中所述混合溶液含有Co(NO₃)₂0.05～0.2mol/L、KCl0.05～0.2mol/L。

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。

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。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

(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；

(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；

(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；

(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。