[发明专利]一种自催化诱导生长的可压缩赝电容电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及电化学储能技术领域，公开了一种自催化诱导生长的可压缩赝电容电极材料的制备方法，包括以下步骤：S1：配制前驱液；S2：制备得到表面均匀分布镍盐的三聚氰胺海绵前驱体；S3：将三聚氰胺海绵前驱体进行高温碳化处理，得到氮掺杂碳纳米管/氮掺杂碳泡沫NCNTs/NCF异质结复合材料。本发明通过浸泡‑干燥法制备表面均匀分布过渡金属(Ni或Fe)离子的三聚氰胺海绵前驱体，创造性地利用过渡金属(Ni或Fe)的催化作用在氮掺杂碳骨架上原位生长氮掺杂碳纳米管，在保留氮掺杂碳泡沫优异的力学性能的基础上显著提升了它的电化学性能，解决了可压缩电极材料力学性能和电化学性能不可兼得的问题。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，具体涉及一种自催化诱导生长的可压缩赝电容电极材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着便携式和可穿戴电子设备的迅速普及，人们对于可压缩、低成本和高性能的储能设备的需求也在逐渐增加。与传统的电容器和电池相比，可压缩超级电容器由于具有力学性能优异、充放电速度快、功率密度高和循环寿命长等优势而备受人们的关注，成为一种潜在的解决方案。理想的可压缩超级电容器必须在保持高电化学性能的同时，还可以适应较大水平的压缩应变，这对可压缩电极材料的设计提出了较高的要求。因此，设计兼具力学性能和电化学性能的新型可压缩电极材料具有重大意义；

目前，可压缩电极材料的研究已经取得了很大的进展，包括涂有薄层电化学活性材料(例如碳纳米管悬浊液)的非导电可压缩聚合物(例如聚酯纤维)基板和具有海绵状结构(主要包括基于石墨烯和碳纳米管的气凝胶和泡沫)的导电碳基材料。使用非导电的聚合物作为可压缩基板可以使复合电极材料拥有较好的力学性能，但由于使用了非电活性的聚合物材作为弹性基板，电极材料的电化学性能不理想，导致组装的器件能量密度较低，无法满足人们的需求；另一方面，具有3D海绵结构的碳基材料拥有较好的导电性，碳骨架的交联结构有利于离子的传输，通过复合赝电容活性材料能显著提升其比电容。但是通常它们的机械强度有限，无法承受较大的压缩应变，而且这类化学衍生的3D海绵状碳基材料的制备方法一般比较复杂，难以实现可控且大规模的生产。这些缺点限制了它们在便携式和可穿戴电子设备中的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自催化诱导生长的可压缩赝电容电极材料的制备方法，以解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自催化诱导生长的可压缩赝电容电极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：配制前驱液；

S2：将商用三聚氰胺海绵切成小块，利用浸泡-干燥法制备表面均匀分布过渡金属Ni或Fe无机盐的三聚氰胺海绵前驱体，制备得到表面均匀分布镍盐的三聚氰胺海绵前驱体；

S3：将步骤S2中的三聚氰胺海绵前驱体进行高温碳化处理，得到氮掺杂碳纳米管/氮掺杂碳泡沫NCNTs/NCF异质结复合材料。

步骤S1配制前驱液的方案一包括如下步骤：

S1.1：首先将60mg NiCl₂和500mg尿素加入300mL去离子水中；

S1.2：然后使用磁力搅拌器搅拌均匀，转速为500转/分钟，搅拌时间为30分钟；

S1.3：最后在搅拌完毕之后前驱液超声分散30分钟；

步骤S1配制前驱液的方案二包括如下步骤：

S1.1：首先将150mg Fe(NO₃)₃和500mg尿素加入300mL去离子水中；

S1.2：然后使用磁力搅拌器搅拌均匀，转速为500转/分钟，搅拌时间为30分钟；

S1.3：最后在搅拌完毕之后前驱液超声分散30分钟；