[发明专利]一种利用多元醇制备的超级电容活性物质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储能材料领域，涉及一种能够发生高度可逆氧化还原反应的电容活性物质，特别涉及一种利用多元醇制备的超级电容活性

物质及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步和经济社会的不断发展，人类对不可再生资源的需求越来越大，随之而来的全球气候变暖和环境污染也越来越严重。这触发了科学家们对于新一代能源物质的研究热潮，光伏电池、燃料电池、锂离子电池等应运而生。为了更好的发挥新一代清洁能源的作用，设计出能够快速存储和释放电能的设备显得十分重要。超级电容器就是为了满足在短时间内快速完成充放电过程，达到超高输出功率密度的储能器件。超级电容器根据储能机理的不同，能够被分为双电层超级电容和法拉第赝电容。双电层超级电容是利用活性物质表面的微孔吸附特性进行储能的，本身并不会发生电化学反应。而法拉第赝电容是依靠表面活性物质发生高度可逆的氧化还原反应进行能量存储的，使用寿命虽不及双电层超级电容，但是法拉第赝电容的储能密度却能够达到前者数十倍之多。

对于法拉第赝电容的研究，学者们主要是将研究重点集中于过渡金属氧化物上。目前比较常见的电容活性材料包括：氧化钌、氧化锰、氧化钒、氧化钴、氧化镍等一些含有多价态金属离子的活性物质。近期研究人员发现，过渡金属的硫化物不仅比相应金属的氧化物具备更好的导电性，此外过渡金属经过硫化之后储电量会得到显著提高。同时大量的研究结果表明，双金属硫化物的电容活性要比单一金属硫化物的活性高。这就促使了研究者们将目光集中到了新型活性物质——CuCo₂S₄纳米晶体上。CuCo₂S₄纳米晶体是一种尖晶石结构的硫铜钴矿，不久前Tang 等人首次利用溶剂热法制备出了CuCo₂S₄纳米晶体，并用作为电容的活性物质[J H Tang, Y C Ge, J F Shen and M X Ye,Chem. Commun., 2016, 52, 1509-1512 ]。Moosavifard 等人利用两步溶剂热法，首次在泡沫镍上直接生长出了空心的CuCo₂S₄纳米针[S E Moosavifard, S Fanib and M Rahmanian,Chem. Commun., 2016, 52, 4517--4520 ]。Nie 等人在合成步骤中加入了石墨烯，促使了花状CuCo₂S₄纳米晶片的出现[L Y Nie, H J Wang, Y Q Chai, S Liu and R Yuan,RSC Adv., 2016, 6, 38321–38327 ]。

虽然近期CuCo₂S₄纳米晶体的溶剂热制备方法已经有了一些研究成果，但是目前合成出来的纳米晶体颗粒普遍为微米级，或者是分散不均；而电容容量作为超级电容最重要的参数，目前用常规溶剂热法制备出的活性物质容量在600F/g左右，并不能广泛使用于日常生活中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用多元醇制备的超级电容活性物质及其制备方法，可克服现有技术的缺陷，获得一种具有高比电容活性、高分散性、稳定性良好、易于工业化制作超级电容的活性物质。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种利用多元醇制备的超级电容活性物质，其创新点在于：所述超级电容活性物质是由铜源、钴源、硫源和去离子水溶解的多元醇溶液制备而成；其中，铜源、钴源和硫源按照摩尔比为1:2:4，经过去离子水溶解的多元醇溶液热反应制备而成CuCo₂S₄纳米晶体，且多元醇的使用量是活性物质原料，即铜源、钴源和硫源总质量的15～25倍。

进一步地，所述铜源为氯化铜、硫酸铜或醋酸铜中的一种。

进一步地，所述钴源为氯化钴、硝酸钴或醋酸钴中的一种。

进一步地，所述硫源为硫脲或硫化钠中的一种。

进一步地，所述多元醇为丁四醇、戊五醇或山梨醇中的一种。

一种上述的利用多元醇制备的超级电容活性物质的制备方法，其创新点在于：包含以下步骤：

（1）按照摩尔比为1:2:4称取铜源、钴源、硫源，并以原料总质量的15～25倍称取多元醇，在称取的多元醇中缓慢滴加去离子水，边滴加边搅拌直到多元醇完全溶解；

（2）将铜源和钴源的原料投入到含多元醇的溶液中，快速搅拌直到铜源和钴源的原料完全溶解；