[发明专利]一种海带衍生多孔碳负载磷化钴和磷酸钴电极材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种海带衍生多孔碳负载磷化钴和磷酸钴电极材料的制备及应用，属于新能源材料领域。将海带置于氯化钴、磷酸二氢钠的混合溶液中，在室温下浸泡，得到负载金属钴的海带，再进行冷冻保存，之后冷冻干燥，接着进行碳化、干燥，之后置于盐酸溶液中，在室温下浸泡，再经洗涤、过滤、干燥。本发明以海带为原材料，海带是可再生资源，来源广泛、成本较低，复合材料制备过程简单，操作工艺稳定且清洁无二次污染；以海带为源碳基材料，通过负载过渡金属磷化物制得复合材料作为超级电容器电极材料，有效增大其导电性，表现出优异的赝电容性质。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，涉及一种以海带为源碳基材料负载磷化钴和磷酸钴金属复合材料的超级电容器电极材料的制备及其应用。

背景技术

随着人们对化石燃料的需求的不断增加，环境危机也逐渐增大，加之因新能源汽车、便携式电子设备等的广泛使用，因此清洁能源及储能设备广受人们青睐。其中，超级电容器具有高功率密度、超快速充放电及其稳定性好、循环寿命长和清洁无污染等特点，因此其作为一种高效电能存储设备倍受关注。

在超级电容器的所有组件当中，电极材料是其进行能量转换的关键。碳材料是目前商业化程度最高的电极材料，然而生产传统活性炭所采用的煤炭、石油焦等不可再生原料日趋匮乏，石墨烯、碳纳米管等新型碳材料制备工艺繁琐、成本昂贵。因此，选择以生物质为含碳前驱体，因其具备原料易取且对环境友好、成本价格低等特点成为电极材料的最佳选择。

发明内容

本发明旨在提供一种海带衍生多孔碳负载磷化钴和磷酸钴金属复合的超级电容器电极材料的制备及其应用，采用以生物质为含碳前驱体，通过负载过渡金属磷化物来制备一种具有优异比电容量且循环充放电性能稳定的超级电容器电极材料。

一种海带衍生多孔碳负载磷化钴和磷酸钴电极材料的制备方法，包括以下工艺步骤：

(1)将海带置于氯化钴、磷酸二氢钠的混合溶液中，在室温下浸泡8～12h，经过滤多余溶液，得到负载金属钴的海带(浸渍过混合溶液的海带)，再进行冷冻保存，之后冷冻干燥；

(2)将步骤(1)所得到的海带进行碳化，再进行干燥，得到碳化后的海带。

(3)将步骤(2)所得到的海带置于盐酸溶液中，在室温下浸泡8～10h，再经洗涤、过滤以及干燥，从而得到海带衍生多孔碳负载磷化钴和磷酸钴电极材料(以海带为源碳基材料负载磷化钴、磷酸钴的复合材料)。

基于以上技术方案，优选的，步骤(1)中，所述海带与氯化钴、磷酸二氢钠混合溶液中去离子水的比例为3～5g：100mL。

基于以上技术方案，优选的，步骤(1)中，将海带剪碎成块状(3±1cm×3±1cm)，再置于磷酸二氢钠和氯化钴的混合溶液中浸泡。

基于以上技术方案，优选的，步骤(1)中，所述氯化钴、磷酸二氢钠的混合溶液中氯化钴的质量浓度为0.5wt.％～1.5wt.％、磷酸二氢钠的质量浓度为2wt.％～4wt.％。

基于以上技术方案，优选的，步骤(1)中，所述氯化钴、磷酸二氢钠的混合溶液制备方法为：将磷酸二氢钠和氯化钴溶于去离子水中，搅拌5～10min至完全溶解，得到氯化钴、磷酸二氢钠的混合溶液。

基于以上技术方案，优选的，步骤(1)中，所述冷冻保存的条件为：温度-60～-50℃、时间8～12h；所述冷冻干燥的条件为：温度-70～-50℃、所述压力0～50Pa、时间10～12h。

基于以上技术方案，优选的，步骤(2)中，所述碳化条件为：温度700～800℃、保温时间1～2h；所述碳化在氮气保护下进行，所述碳化过程采用管式炉程序升温，升温至碳化温度的速度范围0.5～10℃min^-1。

基于以上技术方案，优选，步骤(3)中，所述盐酸溶液质量浓度为0.5wt.％～1wt.％。