[发明专利]PNTs@NiMoS核壳结构复合电极材料的制备及其在水系非对称超级电容器中的应用

说明书

本发明公开了一种PNTs@NiMoS核壳结构复合电极材料的制备及其在水系非对称超级电容器中的应用，属于电化学储能技术领域。本发明将PNTs作为核通过水热法在其表面原位生长具有高比电容的NiMoS纳米片，利用二者的协同作用，制备出具有高的比电容和良好的循环稳定性的PNTs@NiMoS核壳结构复合材料，其中NiMoS纳米片作为壳提供了高的比电容，而PNTs作为核则有助于电子/离子的快速传输，提高活性材料的利用率，优化后的复合材料的电化学性能明显优于PNTs和NiMoS。此外，与N‑CNTs组装的水系非对称超级电容器展示出高的能量密度和功率密度以及良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种PNTs@NiMoS核壳结构复合电极材料的制备及其在水系非对称超级电容器中的应用，属于电化学储能技术领域。

背景技术

化石燃料的逐渐枯竭及其燃烧带来的日益严峻环境污染问题，促使研究人员开发和利用可再生的清洁能源，如太阳能、风能、潮汐能等。但由于这些清洁能源具有间歇性和波动性的特征，想要充分利用这些清洁能源就要发展高性能、可持续性、环境友好的能量存储和转换装置。超级电容器以其高的功率密度、优异的循环寿命和环境友好等特点使得其在能量存储领域得到广泛研究与应用。如何提高超级电容器的能量密度，而不损失其高功率密度成为了目前人们亟待攻克的难题。其中开发具有高比电容和优异循环稳定性的电极材料对于实现超级电容器的高能量-功率输出性能至关重要。

过渡金属化合物由于其金属离子的多重价态而具有较高的理论比电容。与过渡金属氧化物相比，过渡金属硫化物具有更高的电导率，展示出更优的电化学性能。特别是双过渡金属硫化物可通过不同金属离子间的协同作用，提供更丰富的氧化还原反应位点，进而储存更多的电荷。在各种过渡金属硫化物中，硫化镍因其高比电容和氧化还原可逆性、安全性和低成本等优点而得到了广泛的研究；二硫化钼作为另一种有吸引力的电极材料，具有类石墨的层状结构，且Mo原子具有+2到+6的多重氧化还原态，这些赋予二硫化钼特殊的纳米结构和良好的赝电容能力。因此，纳米结构的双金属镍钼硫化物将展示明显提升的比电容性能。然而，双金属镍钼硫化物的电子导电性仍不够理想，这在很大程度上阻碍了其在高能量-功率输出性能的超级电容器中进一步的应用。

聚吡咯作为一种赝电容材料，具有导电率高、成本低、柔性好、无毒、合成方便等优点。特别是具有中空管状结构的聚吡咯纳米管(PNTs)用于复合材料的导电骨架，有利于电子/离子传输、防止活性材料的聚集、提高活性材料的利用率。因此，将镍钼硫化物(NiMoS)原位合成在PNTs的外表面制备PNTs@NiMoS核壳结构复合电极材料，利用二者的协同作用，复合电极材料将具有高的比电容和良好的循环稳定性，组装成具有高的能量密度和功率密度以及良好的循环稳定性的水系非对称超级电容器，应用于电化学储能技术领域。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种PNTs@NiMoS核壳结构复合电极材料的制备方法，该方法将PNTs作为核通过水热法在其表面原位生长具有高比电容的NiMoS纳米片，利用二者的协同作用，制备出具有高的比电容和良好的循环稳定性的PNTs@NiMoS核壳结构复合电极材料。

本发明的另一目的是提供上述PNTs@NiMoS核壳结构复合电极材料在水系非对称超级电容器领域的应用。

本发明的技术方案：

一种PNTs@NiMoS核壳结构复合电极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，制备PNTs；

步骤2，使用步骤1获得的PNTs、二水合钼酸钠、六水合硝酸镍、硫脲和三乙胺为原料，制备PNTs@NiMoS核壳结构复合电极材料。

进一步限定，步骤1的具体操作过程为：