一种循环性能好的电极及其制备方法和超级电容器
阅读说明：本技术 一种循环性能好的电极及其制备方法和超级电容器 (Electrode with good cycle performance, preparation method thereof and super capacitor ) 是由 彭国 艾茂 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：一种循环性能好的电极,包括基体和活性材料,活性材料包括球形CoFe-(2)O-(4)和PEDOT；球形CoFe-(2)O-(4)附着在基体上,PEDOT覆盖在附着有球形CoFe-(2)O-(4)的基体上。在本发明中,通过球形CoFe-(2)O-(4)附着在基体,使得活性材料获得较大的比表面积,从而使得电极的比容量高,电极的储能能力强。同时,由于高导电性聚合物PEDOT直接沉积在附着有球形CoFe-(2)O-(4)的基体上使得电极获得了出色的速率性能；PEDOT也可以提高电极的比容量。(An electrode with good cycle performance comprises a substrate and an active material, wherein the active material comprises spherical CoFe 2 O 4 And PEDOT; spherical CoFe 2 O 4 Attached to the substrate, PEDOT coated with spherical CoFe 2 O 4 On a substrate. In the present invention, by spherical CoFe 2 O 4 The electrode is attached to a matrix, so that the active material obtains a larger specific surface area, the specific capacity of the electrode is high, and the energy storage capacity of the electrode is strong. Meanwhile, the high-conductivity polymer PEDOT is directly deposited on the CoFe with the spherical shape 2 O 4 The substrate of (2) allows the electrode to obtain excellent rate performance; PEDOT can also increase the specific capacity of the electrode.)
技术领域
本发明涉及一种电容器，尤其涉及一种循环性能好的电极及其制备方法和超级电容器。
背景技术
泡沫镍具有出色的导电性。机械韧性以及耐酸碱性能都比较好，因此其经常作为电极的基体。在超级电容器中超级电容器电极材料性能的关键因素主要包括材料的组成和材料的形貌。因此，如何设计材料的组成并控制其形貌是合成超级电容器材料的重中之重。传统的超级电容器材料包括炭基材料，导电聚合物和过渡金属氧化物。其中过渡金属氧化物由于原料来源丰富，成本低廉，理论比电容高等受到广泛关注，然而其较低的电导率和循环稳定性限制其商业应用。
专利CN111847526A，公开了一种高容量的超级电容器，其正极是采用CNT/CoFe2O4/Fe3O4复合材料；但是其没有考虑CoFe2O4在正极上的形态，导致了超级电容器的循环性能还需要进一步的改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种循环性能好并且高容量的的电极材料及其制备方法和超级电容器。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种循环性能好的电极，包括基体和活性材料，所述活性材料包括球形CoFe2O4和PEDOT；所述球形CoFe2O4附着在基体上，所述PEDOT覆盖在附着有球形CoFe2O4的基体上。
上述的循环性能好的电极，优选的，所述PEDOT通过电化学沉积覆盖在附着有球形CoFe2O4的基体上。
上述的循环性能好的电极，优选的，所述基体采用泡沫镍。
一种循环性能好的电极的制备方法，包括以下步骤：
1）将泡沫镍裁切成预设的尺寸后，清洗干净；
2）将2摩尔重量份的FeSO4·7H2O与1摩尔重量份的 CoCl2·6H2O在10-20 L乙二醇和10-20 L 去离子水中的混合溶液中在机械搅拌下混合均匀，得到前驱体溶液；所述乙二醇和去离子水的体积相同；
3）向步骤2）中的前驱体溶液中加入1-2L氨水，然后将步骤1的泡沫镍放置混合有氨水的前驱体溶液中；然后一起放置到高压釜中，在高压釜中在150-180℃的温度下保持10-15h；
4）将泡沫镍取出，清洗干净后在80℃的温度下干燥；
5）将干燥后的泡沫镍在250-350℃的温度下退火1-3小时；
6）将步骤5）制备的泡沫镍作为阳极，在电解液中采用平衡电压法进行电化学沉积，电解液中EDOT的重量浓度为0.1～5wt%；溶剂为氨基苯磺酸溶液；电化学沉积的电压为1.2V，时间为150-200S；
7）将完成步骤6）的泡沫镍在60-100℃的温度下干燥得到附着有CoFe2O4 / PEDOT活性材料的泡沫镍电极。
上述的循环性能好的电极的制备方法，优选的，所述步骤1）中将泡沫镍清洗干燥后在乙醇中浸泡20分钟-1小时。
一种超级电容器，上述的循环性能好的电极。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在本发明中，通过球形CoFe2O4附着在基体，使得活性材料获得较大的比表面积，从而使得电极的比容量高，电极的储能能力强。同时，由于高导电性聚合物PEDOT直接沉积在附着有球形CoFe2O4的基体上使得电极获得了出色的速率性能；PEDOT也可以提高电极的比容量。
附图说明
图1为实施例1中电极的SEM图。
图2 为实施例1中电极在各种电流密度下的比容量图。
图3为实施例1中电极在1A/g的电流密度的条件下的循环曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
一种循环性能好的电极，包括基体和活性材料，基体采用泡沫镍；活性材料包括球形CoFe2O4和PEDOT；球形CoFe2O4附着在基体上，PEDOT覆盖在附着有球形CoFe2O4的基体上。在本实施例中，PEDOT是通过电化学沉积的方式覆盖在附着有球形CoFe2O4的基体上的。
本实施例还提供一种循环性能好的电极的制备方法，包括以下步骤：
1）将泡沫镍裁切成预设的尺寸后，清洗干净；干燥后在乙醇中浸泡30分钟；
2）将2摩尔重量份的FeSO4·7H2O与1摩尔重量份的 CoCl2·6H2O在20 L乙二醇和20 L 去离子水中的混合溶液中在机械搅拌下混合均匀，得到前驱体溶液；
3）向步骤2）中的前驱体溶液中加入2L氨水，然后将步骤1的泡沫镍放置混合有氨水的前驱体溶液中；然后一起放置到高压釜中，在高压釜中在150-180℃的温度下保持12h；
4）将泡沫镍取出，清洗干净后在80℃的温度下干燥；
5）将干燥后的泡沫镍在300℃的温度下退火2小时；
6）将步骤5）制备的泡沫镍作为阳极，在电解液中采用平衡电压法进行电化学沉积，电解液中EDOT的重量浓度为2wt%；溶剂为氨基苯磺酸溶液；电化学沉积的电压为1.2V，时间为200S；在本实施例中，当电化学时间达到200S后，电极电导率到达最大值，故沉积时间不需要超过200S，但是时间过短则在电极上沉积的PEDOT过少，从而使得电导率提高不大。
7）将完成步骤6）的泡沫镍在80℃的温度下干燥得到附着有球形CoFe2O4 / PEDOT活性材料的泡沫镍电极。
在本实施例中，在生成泡沫镍上生长CoFe2O4的时候，CoFe2O4的结构受到结构导向剂以及结构导向剂与溶剂比的控制；在本实施例中，去离子水作为球形CoFe2O4的导向剂，而乙二醇是CoFe2O4纳米粒子的导向剂；在本实施例中，乙二醇和去离子水的体积比例为1:1，刚好在泡沫镍上生长成球形CoFe2O4纳米粒子。
在本实施例中，在电极表面电化学沉积一层PEDOT能够有效的降低电极的电阻，在本实施例中附着有球形CoFe2O4 / PEDOT活性材料的泡沫镍电极的电导率为1.149×10-3Sm-1；而用同样的方法制作出来的，但是没有电化学沉积PEDOT的附着有球形CoFe2O4活性材料的泡沫镍电极的电导率为7.75×10-4 Sm-1。
如图1所示为本实施例中电极的SEM图像。在本实施例中，在附着有球形CoFe2O4的泡沫镍电极上电化学沉积一层胶状PEDOT薄膜，电解质离子能够有效的扩散并且快速的移动；其中PEDOT薄膜种的电子能够迅速转移到CoFe2O4球层，从而使得电子的转移路径变短。电极上大面积的PEDOT果冻状膜在充电和放电期间提供快速的电子转移，从而导致高的比电容，优异的导电性和长的循环寿命。
为了测试本实施例获得的电极性能，本实施例中，采用三电极系统进行测试，电解液为3mol/L的KOH。如图2所示，本实施例的电极在1 Ag-1时显示出299.2 mAhg-1的高比容量。如图3所示，在1A/g的电流密度下，本实施例电极的比电容在4000次循环后保持在96％以上，在10,000次循环后保持在85％以上。
本实施例还提供一种超级电容器，将NF(泡沫镍)/CNT被用作阴极，而NF(泡沫镍)/CoFe2O4球/PEDOT被用作阳极，以组装混合超级电容器。其中，电解质为3mol/L的KOH溶液，而隔膜采用的是纤维素膜。
在本实施例中得到的超级电容器具有出色的能量功率密度为616Wkg-1时，密度为230.4 Whkg-1。此外，在经过2000次循环后，水性混合超级电容器具有较长的循环寿命，容量保持率为91.3％。
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