[发明专利]一种基于碳布原位合成三氧化钨/五氧化二钒复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于碳布原位合成三氧化钨/五氧化二钒复合电极材料及其制备方法，用硝酸溶液对碳布进行预处理；称量Na₂WO₄·2H₂O溶入去离子水中，调节pH得到溶液A，将预处理过的碳布浸入溶液A进行均相水热反应，待反应结束后，将产物洗涤并干燥得到三氧化钨/碳布复合材料；其次配制生成V₂O₅的前驱体溶液，将三氧化钨/碳布复合材料作为二次基底采用浸渍‑水热法原位合成V₂O₅前驱体；最后通过热处理在碳布表面原位生成三维三氧化钨/钨氧化二钒纳米复合材料。本发明所制备的纳米复合材料具有优异的电容性能，在4.5mA cm^‑2的电流密度下比容量可以达到3692mF cm^‑2，合成工艺简单，重复性好，效率高，环境友好，在电化学和新能源领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新能源电极材料技术领域，具体涉及一种基于碳布原位合成三氧化钨/五氧化二钒复合电极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，化石燃料来源有限，世界人口数量不断增加，随之而来的技术发展也在不断持续，超级电容器作为目前应用最广的电化学储能设备之一，其功率密度远远高于蓄电池，能量密度大约是传统电容器的10-100倍，具有循环寿命长、功率密度高、充放电速度快等优点。引起了广大科技工作者的高度关注，并在太阳能能源系统、风力发电系统、新能源汽车、智能电网等领域得到了广泛的应用。在此背景下，开发大容量、高能量密度和功率密度、长生命周期的高性能超级电容器势在必行。

WO₃作为一种应用较广泛的过渡金属氧化物，其具有较高的理论比容量，低廉的价格，丰富的晶型结构和对环境相对友好安全等优势，成为非常有潜力的超级电容器电极材料的候选者。但是，纳米三氧化钨的比容量离实现实际应用还有很远的距离。科技工作者通常是站在材料结构的角度将其制备成大比表面积的纳米材料，如Xu Huang等人通过溶剂热法合成的WO₃纳米微球，当扫描速率为10mV/s时，其最大比容量可以达到536.72F/g(751.40mF/cm²)。Feng Zheng等人合成的WO₃纳米线在电流密度为1.0A g^-1比容量可以达到436F g^-1。Pargati等人合成的WO₃纳米棒在5mV s^-1的扫速下比容量可以达到538F g^-1,但由于以上方法制备的纳米材料所涉及到的储能过程主要来源于双电层储能，因此不能大幅度地提升氧化钨的比容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于碳布原位合成三氧化钨/五氧化二钒复合电极材料及其制备方法，以克服现有技术的缺陷，本发明操作简单、重复性好、不需要高温、超真空等实验条件，利于实现工业化、自动化。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于碳布原位合成三氧化钨/五氧化二钒复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将裁剪好的碳布浸泡在硝酸溶液中预处理除去表面杂质，得到预处理碳布；

2)称量Na₂WO₄·2H₂O溶入去离子水中，并对其进行pH滴定，得到溶液A；

3)将预处理碳布浸入溶液A，再进行均相水热反应，待反应结束后，将产物洗涤并干燥得到三氧化钨/碳布复合材料；

4)配制生成V₂O₅纳米材料的前驱体溶液B：称取偏钒酸铵和草酸溶入去离子水超声分散，再加入六次甲基四铵形成前驱体溶液B；

5)将步骤3)所制备的三氧化钨/碳布复合材料浸入前驱体溶液B中浸泡，然后进行保温反应，待反应结束后，将产物洗涤并干燥；