一种ZnS-FeCo2S4/多孔碳纤维柔性超级电容器电极材料及其制备

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种ZnS-FeCo

背景技术

超级电容器是一种性能介于平板电容器和电池之间的储能装置，它除了极高的功率密度外，还具有快速充放电、循环寿命长、安全等优点。根据储能机理的差异，分为双电层电容器和赝电容电容器。双电层电容器储能主要是来源于电解液中的阴阳离子在电极材料和电解液的界面分离而形成双电层；赝电容电容器主要是由于在电极材料表面发生的法拉第氧化还原反应。

由于智能可穿戴技术的发展使得柔性电子技术同样有了极大的进步，二者又催生了柔性储能器件的研究和发展。柔性储能器件需要在受到外力作用所造成的机械变形，乃至动态变形等极端条件下，仍然可以保证对电子产品持续稳定的能量供应，同时还必须具有高的安全性和可靠性，高的功率密度和能量密度以及较长的循环寿命等基本性能，以此来满足不同场合下柔性电子产品的应用。

柔性超级电容器具有机械柔性好、功率密度高、循环寿命长、充放电速度快、重量轻、体积小、安全性高、电极材料和器件结构多样化等优点，基本满足小型柔性电子产品的要求。但是柔性超级电容器本身仍然具有能量密度过低，电压窗口小等缺点。

发明内容

针对现有柔性超级电容器比电容低、能量密度过低的技术缺陷，本发明提供一种ZnS-FeCo

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种ZnS-FeCo

步骤一：将一定量的聚丙烯腈加入适量二甲基乙酰胺中超声8-10min，然后向溶液中加入适量的聚甲基丙烯酸甲酯，随后在50℃的水浴下搅拌12-16h得到纺丝溶液；随后把纺丝溶液转移至注射器中，在静电纺丝装置上以一定条件采用水平方式纺制纤维；再把得到的纤维膜放入55-60℃的真空烘箱中干燥24-30h；干燥后在280-290℃下预氧化1-2h，然后将产物在氮气气氛下以1300℃保温2h 碳化得到多孔纳米碳纤维。

步骤二：将一定量的Fe(NO

步骤三：将适量硫酸锌和FeCo

所述步骤一中聚丙烯腈的添加量为1-1.5g，聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯质量比为10:1-13:1。

所述步骤二中Fe(NO

所述步骤三中硫酸锌和碳纤维的质量比为0.2:1-0.32:1，硫酸锌和Na

优选地，所述步骤一中聚丙烯腈的二甲基乙酰胺溶液的浓度为10wt；纤维膜预氧化和后续样品碳化的管式炉升温速度均为5℃/min。

优选地，所述步骤一中纺丝时纺丝电压为18kV，接收距离为18-20cm，注射器推进速率为1mL/h，环境湿度为30％R.H.，环境温度为27℃。

优选地，所述步骤二中Fe(NO

优选地，所述步骤三中硫酸锌在去离子水中的浓度为0.01g/ml，Na

本发明还提供另一技术方案，上述方法制备得到的ZnS-FeCo

本发明的另一方面提供上述ZnS-FeCo

有益效果：

(1)复合材料的基体为碳纤维，它是多孔结构，具有高的比表面积和优选的导电能力。

(2)FeCo

(3)ZnS在复合材料中一定程度上可以起到提高比容量的作用，而且在ZnS 和FeCo

附图说明

图1为实施例1的X射线衍射图；

图2是实施例1和对比例1的CV曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

步骤一：将1g聚丙烯腈加入9.6ml二甲基乙酰胺中超声8min，然后向溶液中加入0.1g聚甲基丙烯酸甲酯，随后在50℃的水浴下搅拌16h得到纺丝溶液；随后把纺丝溶液转移至注射器中，在静电纺丝装置上以水平方式纺制纤维；再把得到的纤维膜放入55℃的真空烘箱中干燥30h；干燥后在280℃下预氧化2h，然后将产物在氮气气氛下以1300℃保温2h碳化得到多孔纳米碳纤维。

步骤二：将0.57g的Fe(NO

步骤三：将0.26g的硫酸锌和FeCo

实施例2

步骤一：将1.5g聚丙烯腈加入14.4ml二甲基乙酰胺中超声10min，然后向溶液中加入0.12g聚甲基丙烯酸甲酯，随后在50℃的水浴下搅拌12h得到纺丝溶液；随后把纺丝溶液转移至注射器中，在静电纺丝装置上以水平方式纺制纤维；再把得到的纤维膜放入60℃的真空烘箱中干燥24h；干燥后在290℃下预氧化1h，然后将产物在氮气气氛下以1300℃保温2h碳化得到多孔纳米碳纤维。

步骤二：将0.72g的Fe(NO

步骤三：将0.24g的硫酸锌和FeCo

实施例3

步骤一：将1.4g聚丙烯腈加入13.4ml二甲基乙酰胺中超声9min，然后向溶液中加入0.14g聚甲基丙烯酸甲酯，随后在50℃的水浴下搅拌15h得到纺丝溶液；随后把纺丝溶液转移至注射器中，在静电纺丝装置上以水平方式纺制纤维；再把得到的纤维膜放入57℃的真空烘箱中干燥28h；干燥后在285℃下预氧化1h，然后将产物在氮气气氛下以1300℃保温2h碳化得到多孔纳米碳纤维。

步骤二：将0.8g的Fe(NO

步骤三：将0.26g的硫酸锌和FeCo

实施例4

步骤一：将1.2g聚丙烯腈加入11.5ml二甲基乙酰胺中超声10min，然后向溶液中加入0.11g聚甲基丙烯酸甲酯，随后在50℃的水浴下搅拌13h得到纺丝溶液；随后把纺丝溶液转移至注射器中，在静电纺丝装置上以水平方式纺制纤维；再把得到的纤维膜放入59℃的真空烘箱中干燥25h；干燥后在283℃下预氧化 1.5h，然后将产物在氮气气氛下以1300℃保温2h碳化得到多孔纳米碳纤维。

步骤二：将0.65g的Fe(NO

步骤三：将0.29g的硫酸锌和FeCo

对比例1

以本发明所述制备方法的步骤一制备的纯碳纤维材料作为对比例1的电容器电极材料。

对比例2

根据专利CN105097302B所述的制备方法制备得到的MnO

图1为本发明实施例1的X射线衍射图，从图中可以看到在26°处存在明显的衍射峰，这对应于石墨相的(002)晶面。同时还看到了FeCo

从表1中可以看出实施例1-4和对比例1-2的比容量、能量密度和充放电循环5000次之后的比容量保留率。这三项性能实施例1-4相较于对比例1-2都有极大的提高。

表1

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。