[发明专利]一种氧缺陷T-Nb2

说明书

本发明属于含氧缺陷结构材料技术领域，公开了一种氧缺陷T‑Nb₂O₅、制备方法及应用，将NbCl₅与无水乙醇混合均匀，得到摩尔浓度为0.01～0.1mol/L的溶液I；将去离子水与溶液I混合，搅拌1～2h得到不透明的溶胶；将溶胶置于反应釜中，200℃下反应4～12h，经过清洗、烘干和研磨之后得到前驱体；将前驱体在空气氛围中600℃下煅烧1～4h，得到不含氧缺陷的T‑Nb₂O₅；将T‑Nb₂O₅在H₂/Ar的氛围中600℃下煅烧1～4h，得到含氧缺陷的T‑Nb₂O_5‑x超级电容器电极材料。本发明安全高效、生产成本低、设备资金投入少，能很好的提升T‑Nb₂O₅作为超级电容器电极材料的体积能量密度。

技术领域

本发明属于含氧缺陷结构材料技术领域，尤其涉及一种氧缺陷T-Nb₂O_5-x、制备方法及应用。

背景技术

目前，超级电容器是20世纪70年代新兴起的一种高效储能装置，该装置具有传统电容器快速充放电特点，又兼具电化学电池的储能机理，因此其具有高功率密度的同时保持着良好的能量密度。与传统电容器相比，超级电容器有着对环境友好、长循环寿命、宽的工作温度范围以及安全性高等特点，在电动汽车、军事和航空等领域受到极大关注。

超级电容器根据其储能机理的不同主要可以分为双电层电容器、赝电容电容器和混合电容器，其中双电层电容器的储能过程基于纯粹的物理机制，通过极化时电解液中的离子在电极和电解质之间的界面处吸附聚集形成亥姆霍兹双电层来储存电荷，碳是常见且研究最为成熟的一种双电层电容器电极材料。 1975～1981年间，以加拿大Conway为首的课题组开始了以氧化钌(RuO₂)为代表的过渡金属氧化物电极材料的法拉第赝电容储能原理的研究，该类材料是通过在电极表面或者近表面进行可逆的法拉第反应进行储能。然而钌(Ru)是铂族元素在地壳中含量最少的一个，是最稀有的金属之一，所以尽管氧化钌是最早被发现并且比电容最高(约为1000F g^-1)的赝电容材料，研究人员不得不努力寻找其它廉价的替代物。1980年Bard等人首次对Nb₂O₅进行了研究，发现其反应过程中具有超低的体积变化、快速的离子传输通道等特性，并表现出优异的电化学性能，并认为其是最有前景的赝电容电极材料之一。T-Nb₂O₅作为插层型赝电容电极材料，可以使离子嵌入其层间之中，并伴随着法拉第电荷转移，通过离子的嵌入和脱出来完成能量的储存和释放。基于Nb⁵⁺/Nb⁴⁺的氧化还原反应，T-Nb₂O₅可以发生2个Li⁺的脱嵌，理论比容量达200mAh/g。然而，T-Nb₂O₅的产业化应用受限于较低的离子电导率和电子电导率，目前文献报道的改性方法有掺杂、碳包覆等，均能在一定程度上提高电子电导率。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术制备得到的 T-Nb₂O₅的产业化应用受限于较低的离子电导率和电子电导率。

解决以上问题及缺陷的难度为：为了解决T-Nb₂O₅导电率低(3×10^-6S cm^-1) 的问题，科研工作者进行了大量的研究，改变了传统的固相法，采用溶胶-凝胶法、阳极氧化法以及模板法等合成不同形貌的T-Nb₂O₅来提高导电率，以及复合高导电性的材料如碳纳米管(10⁴S cm^-1)等碳材料和掺杂实验来改进。T-Nb₂O₅的导电率是材料的固有性质，想要其大幅度的提升还需要进行不断的研究和努力。