[发明专利]一种提高Mo-Co-S超级电容器容量的方法

说明书

本发明公开了一种提高Mo‑Co‑S超级电容器容量的方法。采用CVD法对低晶态Mo‑Co‑S进行P掺杂处理，得到Mo‑Co‑S/P；对Mo‑Co‑S/P进行过电压恒流充电处理，此时样品表面由完整的沟壑形貌分裂成具有许多明显间隙的块状结构，并且这种块状物质上产成了大量堆积的直径约为50~100nm的纳米球状颗粒和厚度约为100nm的纳米片，为电化学反应提供了更多的活性位点。在1M KOH电解液中对电极进行电化学性能评价，10 mA/cm²电流密度下，Mo‑Co‑S容量仅为0.72 F/cm²，P掺杂处理后提升为4.16 F/cm²，过电压恒流充电处理后最大容量可达9.64 F/cm²，是未经充电处理的Mo‑Co‑S/P电极容量的2.3倍，是Mo‑Co‑S电极的13.4倍；同时，直接对未P掺杂的Mo‑Co‑S进行相同条件的过电压恒流充电处理，其容量仅为1.43 F/cm²。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种P掺杂及过电压恒流充电协同提高Mo-Co-S超级电容器容量的方法。

背景技术

超级电容器因为具有高功率密度，优异的电化学可逆性和长循环稳定性等特点，被认为是城市电网和电动汽车中最有希望的能量储存候选者之一。然而超级电容器的能量密度仍需提升，因此提高电极材料的能量密度成为进一步提升电容器性能的重要途径。

Mo-Co-S在超级电容器电极材料中备受关注，因理论容量高，成本低廉，易于制备等诸多优点，是具有良好应用前景的超级电容器电极材料。然而，受电导率和微观结构的限制，Mo-Co-S实际容量一般远低于其理论容量，循环稳定性也不够理想。研究表明，金属P化物通常具有类金属性质和优良的导电性，因此P掺杂能有效提高材料的导电性，从而提高其容量。然而，P掺杂的量通常较低，提升容量的效果仍然不是很理想。另一方面，相比于块体材料而言，具有纳米尺度的微观结构更有利于电解液离子与电极材料充分接触，能为电化学反应提供更多活性位点，但电化学反应通常是在原子尺度进行，对于表面光滑的纳米片、纳米棒等纳米结构，电化学活性位点还有很大的提升空间。此外，低晶态电极材料相比于结晶态电极材料具有更多的结构缺陷，往往具有更优异的循环稳定性，目前，低晶态Mo-Co-S电极材料的报道极少。

发明内容

本发明的目的是针对Mo-Co-S电极材料实际比容量低，以及现有技术的不足，提出一种P掺杂及过电压恒流充电协同提高低晶态Mo-Co-S容量的方法，即首先制备低晶态Mo-Co-S，通过P掺杂提高导电性；然后通过过电压恒流充电进一步改变微观结构，使大块样品分裂成小块，并且小块样品表面产成了大量堆积的直径约为50～100nm的纳米球状颗粒和厚度约为100nm的纳米片，显著增加电化学活性位点。此外，通过电化学阻抗谱分析发现，过电压充电处理不仅能优化微观结构，还能进一步降低电极的内阻、电荷转移电阻和电解液离子传输阻抗。因此，采用这种P掺杂及过电压恒流充电协同处理的方法，使Mo-Co-S的容量从0.72F/cm²提升至9.62F/cm²。

本发明的技术方案：以泡沫镍为基底，采用水热法，得到Mo-Co-S前驱体；再使用偏磷酸钠作为P源，将Mo-Co-S前驱体在CVD管式炉中退火，得到Mo-Co-S/P，随后对Mo-Co-S/P前驱体进行过电压恒流充电技术处理。

本发明的技术方法包括以下步骤：

(1)制备低晶态Mo-Co-S前驱体：将面积为2cm×4cm的泡沫镍依次用1M的稀盐酸溶液、去离子水和无水乙醇冲洗干净并烘干备用。将硝酸钴、钼酸铵、硫代乙酰胺和氟化铵加入去离子水中，搅拌至充分溶解后倒入反应釜内胆，然后将干净的泡沫镍放入内胆中，用不锈钢外套密封好，在150-200℃下加热15-20h后取出，分别在去离子水和无水乙醇中超声清洗干净并在烘箱中烘干，得到Mo-Co-S前驱体，