[发明专利]一种储能与转换纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种储能与转换纳米材料的制备方法，属于纳米材料技术领域，包括如下步骤：1)向油相的有机溶剂中加入苯酚、碱性有机物、表面活性剂，超声溶解作为油相；2)将甲醛、金属阳离子溶于水，作为水相；金属阳离子是与氢氧根离子生成Zn‑LDH、Ni/Mn‑LDH和Ni/Fe‑LDH中一种或多种的金属阳离子；3)将水相与油相快速混合，形成双连续微乳液；4)静置双连续微乳液；5)对静置后的双连续微乳液干燥后，再在氮气条件下加热碳化即得储能与转换纳米材料。本发明的一种储能与转换纳米材料的制备方法，制备出具有丰富的有纳米层状晶体组成的纳米级电容结构，相比于双电层电容器和赝电容电容器来说具有更好的性能。

技术领域

本发明属于纳米材料掺杂技术领域，具体涉及一种储能与转换纳米材料的制备方法。

背景技术

超级电容器在储能器件中具有举足轻重的作用，一般应用于手机、混合动力汽车、风力发电、航空航天和军事等领域。超级电容器是有电极材料、电解液和隔膜构成。通常情况下，电极不分正负。电极材料是研究超级电容器的关键。一般电极材料有碳材料、金属氧化物、导电聚合物等；电解液一般采用液体电解液或固体电解液，在两电极之间一般需要隔离膜分割两电极。

按照储存机理分类：超级电容器一般可以分为双电层电容器和赝电容电容器。双电层电容电荷存储在电极与电解液界面之间形成的双电层；赝电容储能机理基于在电极表面或体相中发生化学吸脱附或氧化还原反应。

在双电层电容器中，电极材料的选择是电容性能的关键。一般双电层电容器的材料大多数是碳材料，比如石墨烯、活性炭、碳纳米管等。碳材料具有良好的导电性、大的比表面积等。大的比表面积可以提供更多的活性位点用来储存电荷。

法拉第赝电容器的构成与双电层电容器类似。但发生氧化还原反应的活性材料才可以用来作为赝电容的电极材料。一般赝电容材料有金属氧化物、(金属)氢氧化物、金属硫化物、双金属氧化物及导电聚合物。双金属氧化物在适宜的温度范围内发生可逆的赝电容反应，因此，其产生的电容比碳材料大得多。而导电聚合物差的稳定性限制了其循环利用。

由双电层电容器的储能原理可知，高比表面积有助于增加可吸附离子的表面，进而提升整体比电容。因此，电极材料中微孔的数量是至关重要的。但是，通常微孔会降低离子的传输速度，进一步降低材料整体的功率性能。中孔能为离子传输提供更宽的通道，即使在高电流密度下也不会急剧降低离子的传输速度，从而保证了材料的高功率特性。但是，中孔对材料整体比表面积的贡献较低，较多的中孔会造成比表面积的急剧下降。因此，孔结构对电极材料的超级电容性能具有很大的影响。

现有技术常常是振动纳米材料的粉末的应用，如将粉末固结成型，这即实际上降低了比表面积同时也不能形成丰富的多级孔，非常不利于纳米材料的应用。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种储能与转换纳米材料的制备方法，该新型储能与转换纳米材料及制备方法通过使用双连续微乳液模板，在其界面上合成出复合纳米材料，最终形成具备多级孔结构的纳米材料：包括从微孔、介孔到大孔的纳米孔径，最大孔径甚至能够达到微米级。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种储能与转换纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

1)向油相的有机溶剂中加入苯酚、碱性有机物、表面活性剂，超声溶解作为油相；

2)将甲醛、金属阳离子溶于水，作为水相；所述的金属阳离子是与氢氧根离子生成Zn(OH)₂、Ni/Mn-LDH和Ni/Fe-LDH中一种或多种的金属阳离子；

3)将水相与油相快速混合，形成双连续微乳液；

4)静置双连续微乳液；

5)对静置后的双连续微乳液干燥后，再在氮气条件下加热碳化即得储能与转换纳米材料。