本發(fā)明屬于金屬氧化物納米材料合成技術(shù)領(lǐng)域，特指利用簡(jiǎn)單快速的水熱方法合成一種feco2o4@mno2復(fù)合電極材料，使用其制備成feco2o4@mno2//ac非對(duì)稱超級(jí)電容器(asc)，可點(diǎn)亮led燈泡。

背景技術(shù)：

進(jìn)入新世紀(jì)以來，隨著煤、石油和天然氣等不可再生能源的不斷消耗，化石燃料燃燒引起的溫室效應(yīng)等環(huán)境問題日益突出，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源供給之間的矛盾加劇，所以為了改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)性發(fā)展，發(fā)展高效的儲(chǔ)能裝置是解決可再生能源發(fā)電入網(wǎng)問題的有效途徑，被認(rèn)為是支撐可再生能源發(fā)展的戰(zhàn)略性技術(shù)，得到了各國政府和企業(yè)界的廣泛關(guān)注。

碳布具有價(jià)格便宜、制備工藝簡(jiǎn)單、高導(dǎo)電性及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的電極基體材料；而且其柔性好、機(jī)械性能高，是未來柔性電極與柔性電子設(shè)備的發(fā)展方向。

鈷酸鐵(feco2o4)是一種三元金屬氧化物電極材料，其比電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于活性炭材料表面的雙電層電容,并且具有良好的導(dǎo)電性和容易制備等特點(diǎn)。

二氧化錳(mno2)是一種很重要并且被廣泛應(yīng)用的二元金屬氧化物材料，價(jià)廉低毒，且具有高的贗電容以及環(huán)境友好等特點(diǎn)，將其制備成納米結(jié)構(gòu)，不僅具有比表面積高、陽離子和電子傳輸路徑短的特點(diǎn)，而且可以減緩彎曲壓力的沖擊，使得mno2可以應(yīng)用于柔性儲(chǔ)能電極材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種簡(jiǎn)單的feco2o4@mno2復(fù)合電極材料的合成方法。

本發(fā)明通過以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：

(1)將硫酸亞鐵(feso4·7h2o)、六水合硝酸鈷(co9(no3)2·6h2o)、尿素(co(nh2)2)和氟化銨(nh4f)溶于水中配制成溶液混合攪拌，再置入碳布，第一次水熱反應(yīng)結(jié)束后，洗滌、干燥，得到負(fù)載feco2o4前驅(qū)物的碳布；再將上述負(fù)載著前驅(qū)物的碳布置入高錳酸鉀溶液中，第二次水熱反應(yīng)結(jié)束后，洗滌、干燥、煅燒即得負(fù)載上了feco2o4@mno2復(fù)合電極材料的碳布。

所述的硫酸亞鐵、六水合硝酸鈷、尿素和氟化銨的物質(zhì)的量之比為：1:2:5:2。

所述高錳酸鉀溶液的濃度為0.05m。

所述第一次水熱反應(yīng)的條件為：140℃的條件下水熱反應(yīng)7h。

所述第二次水熱反應(yīng)的條件為：140℃的條件下水熱反應(yīng)6h。

所述煅燒條件為：400℃的條件下煅燒2h。

(2)利用x射線衍射儀(xrd)、透射電子顯微鏡(tem)、x光電子能譜儀等儀器對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，使用chi760e型電化學(xué)工作站對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行電化學(xué)性能的研究。

(4)當(dāng)采用本發(fā)明制備出的復(fù)合電極材料作為正極，使用活性炭(ac)作為負(fù)極，制備成一個(gè)非對(duì)稱超級(jí)電容器(asc)的時(shí)候，串聯(lián)兩個(gè)上述asc在3.2v的條件下充電40s，能點(diǎn)亮led燈泡。

本發(fā)明所制備的feco2o4@mno2復(fù)合電極材料，三元金屬氧化物feco2o4具有較高的導(dǎo)電性，作為骨架不僅增加了表面活性位點(diǎn)，而且為生長(zhǎng)在其表面的mno2提供了有效的電子連接，從一定程度上大大地解決了mno2導(dǎo)電性低的問題，并且本復(fù)合電極材料作為正極材料制備成非對(duì)稱超級(jí)電容器的時(shí)候，具有較高的功率密度和能量密度，因此該復(fù)合材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域有一定的潛力。

有益效果

利用簡(jiǎn)單的水熱合成方法所制備的feco2o4@mno2復(fù)合電極材料為超級(jí)電容器的正極，該材料具有良好的充放電特性，較好的循環(huán)性能等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性高，且所用材料價(jià)廉低毒，反應(yīng)時(shí)間較短，從而減少了能耗和反應(yīng)的成本，便于大量生產(chǎn)，制備出的非對(duì)稱超級(jí)電容器可反復(fù)使用，循環(huán)5000次以后，依舊具有90.1％的容量保持率，符合環(huán)境友好的要求。

附圖說明

圖1為feco2o4@mno2復(fù)合電極的x射線衍射分析圖(xrd)圖。

圖2為feco2o4與feco2o4@mno2復(fù)合電極的掃描電鏡(sem)圖。

圖3為feco2o4@mno2復(fù)合電極在兩電極體系中的電化學(xué)性能的表征。圖3(a)為feco2o4@mno2復(fù)合電極作為正極，活性炭(ac)作為負(fù)極，濾紙作為隔膜，將三者壓縮在一起制備成feco2o4@mno2//ac非對(duì)稱超級(jí)電容器的簡(jiǎn)單示意圖，圖3(b)為feco2o4@mno2復(fù)合電極在1.6v的電位窗內(nèi)不同掃描速率的循環(huán)伏安法(cv)曲線圖，圖3(c)為feco2o4@mno2復(fù)合電極在1.6v的電壓下，不同電流密度下的橫流充放電(gcd)曲線圖，圖3(d)為該非對(duì)稱超級(jí)電容器在25macm^-2的電流密度下循環(huán)5000次，依舊能具有90.1％的容量保持率的圖。內(nèi)置圖為將兩個(gè)feco2o4@mno2//ac非對(duì)稱超級(jí)電容器串連在一起，在3.2v的電壓下，使用chi760e型電化學(xué)工作站充電40s能點(diǎn)亮的一個(gè)led白色燈泡的圖片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1feco2o4@mno2復(fù)合電極材料的制備

(1)剪裁碳布成適當(dāng)大小(1×1cm)，按照丙酮，乙醇，水的順序清洗碳布以去除碳布表面的油污。

(2)將1mmol硫酸亞鐵(硫酸亞鐵·7h2o)、2mmol六水合硝酸鈷(co(no3)2·6h2o)、5mmol尿素(co(nh2)2)和2mmol氟化銨(nh4f)溶解于30ml去離子水中，攪拌30min后，再與上述清洗干凈的碳布一并轉(zhuǎn)移至50ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，升溫至140℃溫度下恒溫7h，自然冷卻，取出碳布，用蒸餾水乙醇洗滌，干燥。

(3)配置30ml0.05m的高錳酸鉀(kmno4)溶液。

(4)將上述(2)中所得到的碳布和(3)中所配置的溶液置入50ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，升溫至140℃溫度下恒溫6h，自然冷卻，洗滌干燥。

(5)上述得到的碳布置入馬弗爐中，400℃煅燒2h，得到生長(zhǎng)在碳布上的feco2o4@mno2復(fù)合電極。

本發(fā)明的另一個(gè)目的，是提供所制備的feco2o4@mno2復(fù)合電極對(duì)于點(diǎn)亮led燈泡的應(yīng)用。

鈷酸鐵(feco2o4)@二氧化錳(mno2)復(fù)合電極的超級(jí)電容器性能的測(cè)試步驟如下：

首先將活性炭(ac)、乙炔黑、聚四氟乙烯(pvdf)以質(zhì)量分?jǐn)?shù)比8：1：1的比例混合均勻，用n-甲基吡咯烷酮溶液溶解上述粉末，并將上述混合均勻的粉末涂于一片清洗干凈的(1×1cm)泡沫鎳上，再將此泡沫鎳烘干。這種feco2o4@mno2復(fù)合電極作為正極，上述涂有活性炭等混合粉末的泡沫鎳作為負(fù)極，3mkoh作為電解液，用chi760e型電化學(xué)工作站，進(jìn)行循環(huán)伏安法掃描和橫流充放電的測(cè)試。再將上述正負(fù)極用濾紙間隔，壓縮于鋰電池殼內(nèi)制備成一個(gè)簡(jiǎn)易的feco2o4@mno2//ac非對(duì)稱超級(jí)電容器。兩個(gè)feco2o4@mno2//ac非對(duì)稱超級(jí)電容器串連在一起，使用電化學(xué)工作站，在3.2v的電壓下充電40s秒可以點(diǎn)亮一個(gè)白色的led燈泡。

實(shí)施例2feco2o4@mno2復(fù)合電極材料的表征分析

本發(fā)明中的復(fù)合電極的物相，結(jié)構(gòu)以及性能表征由x-射線衍射儀，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(sem)以及chi760e型電化學(xué)工作站測(cè)定。

如圖1所示，從圖中可以看出feco2o4，mno2兩種物質(zhì)成功的被合成。

如圖2所示，從圖(a)中可以看出feco2o4是納米片的結(jié)構(gòu)，從圖(b)中可以看出mno2微小納米片成功的生長(zhǎng)在feco2o4納米片的表面，形成一種核殼結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例3feco2o4@mno2復(fù)合電極材料的電化學(xué)性能的分析以及其實(shí)際應(yīng)用

如圖3所示，從圖中可以看出當(dāng)使用feco2o4@mno2這種復(fù)合材料為正極，ac作為負(fù)極，制作成非對(duì)稱超級(jí)電容器(asc)時(shí)，具有較好的充放電等電化學(xué)特性。串聯(lián)兩個(gè)上述asc，在3.2v的電壓下充電40s能成功的點(diǎn)亮白色led燈泡。