[发明专利]一种铈钛氧化物/C复合材料、其制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，尤其涉及一种铈钛氧化物/C复合材料、其制备方法及其应用。

背景技术

随着经济迅猛发展，能源短缺以及环境污染等问题也随之出现。电化学超级电容器简称超级电容器，作为一种新型的储能装置在电力系统中具有广阔的应用前景。作为新型储能元件，超级电容器兼具蓄电池能量密度大和电解电容器功率密度大的优点，循环寿命长、储能效率高、充放电速度快、高低温性能好、环境友好，具有卓越的储能潜力。

电极材料是决定超级电容器性能的最重要的因素，当前商用的超级电容器以高比表面积的碳材料为主，这种材料主要基于双电层原理储存电能，具有极高的循环寿命，但是电容量和能量密度相对较低，距离实际应用的要求还有一定的距离。因此如yi何提高电极材料的电容量是当前超级电容器研究领域的一个关键问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铈钛氧化物/C复合材料、其制备方法及其应用，本发明提供的铈钛氧化物/C复合材料用作超级电容器电极时电化学性能优异，具有较高的比电容量和较长的循环寿命。

本发明提供了一种铈钛氧化物/C复合材料，包括铈钛氧化物和C材料，所述C材料选自石墨烯或活性炭。

在一个实施例中，所述铈钛氧化物和C材料的质量比为1∶1～8。

在一个实施例中，所述铈钛氧化物具有式(I)所示的通式：

Ce_xTi_1-xO₂；式(I)

其中，0.1≤x≤0.9。

本发明还提供了一种铈钛氧化物/C复合材料的制备方法，包括：

将铈钛氧化物、C材料和水混合水浴反应，然后进行水热反应，得到铈钛氧化物/C复合材料；

所述C材料选自石墨烯或活性炭。

在一个实施例中，所述水热反应的温度为100～300℃，所述水热反应的时间为2天～5天。

在一个实施例中，所述铈钛氧化物和石墨烯的质量比为1∶1～8。

在一个实施例中，所述铈钛氧化物具有式(I)所示的通式：

Ce_xTi_1-xO₂；式(I)

其中，0.1≤x≤0.9。

具体而言，所述制备方法包括：

首先将铈钛氧化物粉末与C材料混合均匀后加入水进行水浴搅拌，搅拌速率为8000～10000r/min；搅拌1～24h后将得到的混合物移入水热反应釜进行水热反应，反应结束后，将反应产物洗涤干燥研磨后，即可得到铈钛氧化物/C复合材料。其中，洗涤具体为利用蒸馏水和无水乙醇分别清洗2～10次。干燥温度为80～100℃，时间为10～12h。研磨的转速为800～1000r/min。研磨后铈钛氧化物/C复合材料的粒径为0.5～1μm。所述洗涤为分别用蒸馏水与无水乙醇洗涤3～5次。

其中，所述铈钛氧化物按照以下方法制备：

将氧化钛与氧化铈混合研磨均匀后，在500～900℃的条件下烘烤12～18h，研磨至粒径为120nm～310nm。

其中，研磨机的转速为800～1000r/min。

上述技术方案所述的铈钛氧化物/C复合材料可以作为超级电容器电极材料，具有良好的电化学性能。

本发明还提供了一种超级电容器电极，包括泡沫镍和复合在所述泡沫镍上的电极材料，所述电极材料包括导电聚合物、粘合剂和上述技术方案所述的铈钛氧化物/C复合材料。

在一个实施例中，所述导电聚合物为聚苯胺，所述粘合剂为聚四氟乙烯。

具体而言，所述超级电容器电极可以按照以下方法制备：

将上述技术方案所述的铈钛氧化物/C复合材料、导电聚合物及粘合剂混合，加入乙醇后，用搅拌机搅拌0.5～1.5h，得到电极浆料；

用涂覆机将上述电极浆料均匀涂覆在泡沫镍上，在加热箱里干燥、切片、压片后得到Ni-A/B超级电容器电极。

具体而言，铈钛氧化物/C复合材料、导电聚合物和粘合剂的质量比为4∶1∶1～10∶1∶1。搅拌速率为8000～10000r/min，时间为0.5h～2h。干燥温度为80～100℃，干燥时间为10～12h。电极片的直径为1cm，厚为0.1～0.5cm。压片的压力为6～10MPa。泡沫镍片的规格为：长×宽×高：(3～5cm)×(2～5cm)×(0.1～0.4cm)。

本发明还提供了一种超级电容器，包括上述技术方案所述的超级电容器电极。