[发明专利]一种FeVOx纳米棒柔性复合电极的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种FeVO_x纳米棒柔性复合电极的制备方法与应用，属于水系储能柔性电极材料领域。为解决当前超级电容器与锌离子电池存在的电容/容量性能和长循环性能较差的问题，本发明提出一种FeVO_x纳米棒柔性复合电极，以碳布为基底，通过水热反应‑高温还原烧结两步法使FeVO_x多孔纳米棒阵列均匀生长于碳布表面。该微观形貌为电极提供了较大的比表面积与理想的分级多孔结构，有益于促进电子/离子的传输与电化学反应速度，使该电极具备高面积比电容/容量和优良的长循环性能。在该电极制备过程无需加入任何粘结剂与导电剂，流程简单可控，成本低廉，适宜大规模生产。

技术领域

本发明属于水系储能柔性电极材料领域，具体涉及一种FeVO_x纳米棒柔性复合电极的制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着电子设备轻量化、便携化进程的加快，柔性可穿戴电子设备成为未来发展的新方向。但其核心柔性储能器件的发展仍然受制于柔韧性、安全性、电化学性能等问题，故研究设计出兼具机械性能与优良电化学性能的柔性器件迫在眉睫。其中，锂离子电池等有机电解液体系储能器件因安全风险等问题难以在此方面被委以重任，而水系超级电容器与水系锌离子电池以安全无毒的水溶液为电解液，成为了柔性器件方面代替锂离子电池的热门研究体系。超级电容器因其特殊的电容储能特性，具有充放电速度快、循环寿命长、功率密度大等优点。锌离子电池则具有资源丰富，成本较低，理论比容量高等优势。

尽管超级电容器与锌离子电池具有着诸多优势，但当前报道的一些传统柔性电极材料仍存在着电容/容量性能和长循环性能较差的问题，这严重阻碍了超级电容器与锌离子电池的进一步商业化发展与应用。因此，探索具有更加优异电化学性能的新型柔性电极材料成为了当前研究的重点。由于过渡金属元素钒的成本低、自然资源丰度高，并且其多种价态的变化可以提供多电子的转移从而贡献高的理论比容量，因此钒基材料在锌离子电池与超级电容器中得到了广泛的关注与研究。其中，钒铁二元金属氧化物FeVO_x因在自然界中有较高的资源丰度与环境友好性，并具备更高的电子电导率和氧化还原活性而在水系超级电容器与水系锌离子电池中具有较强的应用潜力。

发明内容

为解决当前超级电容器与锌离子电池存在的电容/容量性能和长循环性能较差的问题，本发明提供了一种FeVO_x纳米棒柔性复合电极的制备方法与应用。该电极由FeVO_x多孔纳米棒阵列均匀生长于碳布表面，在循环过程中结构稳定，面积比电容/容量高，长循环性能好。其制备方法简单可控，成本低廉，适宜大规模生产。

本发明的技术方案是：

所述一种FeVO_x纳米棒柔性复合电极的制备方法是：以碳布为基底，通过水热反应-高温还原烧结两步法使FeVO_x多孔纳米棒阵列均匀生长于碳布表面，所得FeVO_x多孔纳米棒直径为60-120nm，具体包括以下步骤：

(1)取一定量的硝酸钠、氯化铁和三氯化钒溶于稀盐酸中，在室温下搅拌后转移至高压釜内，并加入一片碳布进行水热反应。待冷却后，将所得产物用去离子水反复清洗得前驱体电极。

(2)将步骤(1)所得前驱体电极在含5％氢气的氩氢混合气氛下于管式炉内热处理一定时间，自然冷却后得到FeVO_x纳米棒柔性复合电极。

优选地，步骤(1)中硝酸钠添加量为0.005-0.030mol、氯化铁添加量为0.005-0.030mol、三氯化钒添加量为0.0002-0.0010mol。

优选地，步骤(1)中所用稀盐酸pH值为1.5-3.5。

优选地，步骤(1)中水热反应溶液体积为高压反应釜体积的50％-80％。

优选地，步骤(1)中水热反应温度为60℃-140℃，反应时间为0.5-3h。