[發明專利]類米花球形二氧化錳超級電容器復合電極材料的合成方法

有效

• 申請號: 201611237685.7
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106601496B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 楊武;郭婧;郭昊;黃萍;史哲茹
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/24;H01G11/46;H01G11/44
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發明提供了一種合成類米花球形二氧化錳復合超級電容器電極材料的方法，是將可溶性淀粉溶解于二次蒸餾水中，加入氧化劑和表面活性劑，磁力攪拌下使其充分反應；再加入硝酸錳溶液繼續攪拌，直至溶液由透明變為淺棕色最后形成深棕色的懸濁液，即得類米花球形二氧化錳復合超級電容器電極材料，該材料形貌統一，分散均勻，結構疏松，比表面積大；具有優異的超電容性能，良好的循環穩定性，較高的倍率性能和比電容值，是一種性能優異的復合電極材料，在混合動力汽車、便攜式電子設備等領域具有廣闊的應用前景。另外，本發明原料廉價易得，成本低，制備工藝簡單，無任何有毒害的物質參與反應，更無有毒物質排放，綠色環保。

技術領域

本發明涉及一種二氧化錳復合超級電容器電極材料的合成，尤其涉及一種類米花球形二氧化錳復合超級電容器電極材料的合成方法，屬于復合材料及超級電容器技術領域。

背景技術

隨著全球經濟的發展，傳統的能源（煤炭、石油）消耗殆盡，且這些化石燃料不充分利用致使大量有害氣體釋放，對全球的環境及人類的健康造成巨大的威脅。因此，太陽能、風能、潮汐能、核能、地熱能等新能源（可再生能源）受到大家廣泛關注。同時，儲能裝置的改進與利用也迫在眉睫。超級電容器是介于蓄電池和傳統電容器之間的一種儲能裝置，既像蓄電池一樣，有高的能量密度，也保留了傳統電容器高功率密度這一優點，這使得超級電容器在混合動力汽車，便攜式電子設備及備用電池等領域備受歡迎。

超級電容器根據儲能原理的不同，可以分為兩類：一類是雙電層電容器，一類是贗電容器。前者采用一系列碳材料為電容材料，如石墨烯、碳氣凝膠、碳納米管，其特點是有良好的導電性和循環穩定性，與贗電容器相比，比電容值偏低。后者采用過渡金屬氧化物/氫氧化物/硫化物以及導電聚合物為活性電極材料，其特點是有高的比電容值，但是缺點是，導電性差，穩定性也較差。

眾所周知，RuO₂開啟了金屬氧化物電極材料的研究先河，以其寬的電化學窗口，高的理論比電容值而出名，但缺點也比較突出，有毒性，昂貴且稀缺。在尋找良好的候選替代者時，MnO₂印入人們眼簾，理論電容達到1233F·g^-1，成本低，對環境友好，但難題也同時存在，實驗值遠低于理論值，導電性差，電子傳輸速率低。

發明內容

本發明的目的是針對MnO₂比電容實驗值低，導電性差，循環穩定性不佳等問題，提供一種導電性能優異，循環穩定性好，壽命長的MnO₂復合電極材料——類米花球形二氧化錳復合超級電容器電極材料；

本發明的另一目的是提供該類米花球形二氧化錳復合超級電容器電極材料的制備方法。

一、二氧化錳復合超級電容器電極材料的制備

本發明合成類米花球形二氧化錳復合超級電容器電極材料的方法，是將可溶性淀粉溶解于二次蒸餾水中，加入氧化劑和表面活性劑，磁力攪拌下使其充分反應；再加入硝酸錳溶液繼續攪拌，直至溶液由透明變為淺棕色最后形成深棕色的懸濁液，即得類米花球形二氧化錳復合超級電容器電極材料，記為MnO₂/C。

所述氧化劑為高錳酸鉀，氧化劑與可溶性淀粉的質量比為1.58:1~4.74:1。

表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨，表面活性劑與可溶性淀粉的質量比為0.083:1~0.25:1。

硝酸錳溶液的濃度為0.1M，硝酸錳與可溶性淀粉的質量比為1.19:1~3.58:1。

磁力攪拌的速度90~120r/min。

二、二氧化錳復合超級電容器電極材料的形貌

下面通過紅外光譜、X-射線衍射、掃描電鏡表征復合材料的結構，用電化學工作站對其性能進行分析說明。

1、紅外測試