[发明专利]纳米二氧化钒/天然多孔碳电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米二氧化钒/天然多孔碳电极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：a、纯棉毡的前处理；b、将步骤a处理后的纯棉毡碳化处理；c、制备乙二醇氧钒溶液；d、引入纳米二氧化钒：碳化处理后的纯棉毡置入真空加热设备，开启真空和加热，不断通入氮气，控制温度300‑500℃；同时，将乙二醇氧钒溶液用乙醇稀释，超声雾化后送入真空加热设备与纯棉毡反应；反应完毕后，冷却得到纳米二氧化钒/天然多孔碳电极材料。本发明用纯棉毡为原料，通过将其碳化处理后，再利用超声雾化和煅烧的方式将乙二醇氧钒分解成二氧化钒附着在碳化后的纯棉毡上，得到的电极材料性能优越，成本低廉，友好环境。

技术领域

本发明属于电极材料制备领域，具体涉及一种纳米二氧化钒/天然多孔碳电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器由电极材料、电解液、隔膜和集电极等组成，每个部分对超级电容器都有产生很大的影响，而电极材料对超级电容器性能起决定性的作用。常见的超级电容器的电极材料有碳材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料、复合材料。碳材料因为成本较低和多种多样的存在形式，被广泛用作超级电容器的电极材料，但是由于其只利用双电层储存能量，在性能方面有所限制，因此出现了金属氧化物材料的电极开发与研究。金属氧化物材料不同于双电层电容器中碳材料电极那样存储能量，而是在电容器进行充放电时，金属氧化物与溶液的界面处发生可逆氧化还原反应，从而获得更大的比容量。该材料电极虽然有较大的比容量，但价格昂贵，不利于超级电容器的发展。导电聚合物(通常用聚苯胺、聚吡咯、聚(3,4－乙烯基二氧乙烯基唆吩)也被广泛用作超级电容器的电极材料，通常与其他电极材料混合制备超级电容器，但其价格也非常昂贵。复合材料是为了进一步增大超级电容器的能量存储，使其具有赝电容性能以及双电层特性，使用碳材料作为基体、金属氧化物作为活性物质来进行纳米复合技术的复合材料来实现电荷利用率的提高，该材料是超级电容器电极材料未来发展研究的主要方向。

由此可见，目前电极材料的发展已经极大的提高了电极比容量等性能，但高昂的价格仍然是制约其广泛使用的主要因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有电极材料虽然已具备较高性能，但价格昂贵。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：纳米二氧化钒/天然多孔碳电极材料的制备方法，包括如下步骤：

a、纯棉毡的前处理：将纯棉毡用丙酮溶液浸泡，然后清洗、烘干；

b、将步骤a处理后的纯棉毡碳化处理；

c、制备乙二醇氧钒溶液：将偏钒酸铵和乙二醇混合搅拌，控制反应温度50-90℃，反应完毕后冷却、过滤，得到乙二醇氧钒溶液；

d、引入纳米二氧化钒：将步骤b碳化处理后的纯棉毡置入真空加热设备，开启真空和加热，不断通入氮气，控制温度300-500℃；同时，将乙二醇氧钒溶液用乙醇稀释，超声雾化后送入真空加热设备与纯棉毡反应；反应完毕后，冷却得到纳米二氧化钒/天然多孔碳电极材料。

本发明所述的真空加热设备，是要求能够进行抽真空处理，能够对物料进行加热的设备，能够满足本发明使用要求。真空加热设备可以直接选择真空管式炉。本领域技术人员可以理解的是，本发明开启真空，并非是让设备内处于真空状态，而是通过通入氮气，要将设备内的杂质气体抽取干净。

本发明偏钒酸铵的纯度≥98％。

本发明步骤d中，乙二醇氧钒溶液与乙醇的体积比为1∶5～10。

本发明步骤d中，超声雾化频率为1-4MHz。

本发明步骤d中，控制温度300-400℃，反应时间为2-5小时。

本发明步骤d中，反应完毕，纯棉毡冷却后停止通入氮气。

本发明步骤a中，丙酮溶液的浓度为10-20％，浸泡的温度为40-70℃，浸泡的时间为12-24小时。