[發(fā)明專利]一種海星狀δ-MnO2納米片/碳纖維紙復(fù)合電極材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710013930.4
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106935416B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余林;徐斌;何彬彬;楊澤超;程高;孫明
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/40;H01G11/46
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發(fā)明屬無機非金屬材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種海星狀δ?MnO₂納米片/碳纖維紙復(fù)合電極材料的制備方法。其以可溶性的錳鹽和可溶性的亞硫酸鹽在水溶液中充分混合溶解，將洗凈并干燥好的碳纖維紙浸入上述混合溶液，經(jīng)過水熱反應(yīng)，洗滌干燥后即得到海星狀δ?MnO₂納米片/碳纖維紙復(fù)合電極材料。本發(fā)明制備方法的原料廉價易得、合成工藝簡單易行、制備成本低、無污染物產(chǎn)生，所得產(chǎn)物形貌新穎，并且緊密的生長在碳纖維紙的纖維棒上。所合成的二氧化錳，其海星狀結(jié)構(gòu)的直徑在300～500nm之間，海星狀納米片的厚度在10～30nm之間，且所合成材料分散均勻、形貌均一，可以直接用作超級電容器的電極材料。在1mol/L NaSO₄電解液中，電流密度為1A/g時，所得復(fù)合電極材料的比電容值高達336F/g。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬無機非金屬材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種海星狀δ-MnO₂納米片/碳纖維紙復(fù)合電極材料的制備方法。

背景技術(shù)

超級電容器由于其高的功率密度、快的充放電速率、長的循環(huán)壽命以及較傳統(tǒng)電容器更高的能量密度而作為下一代非常重要的儲能裝置，越來越受到人們的關(guān)注。超級電容器的性能主要取決于電極材料，報道用作超級電容器電極材料的主要包括碳材料、金屬氧化物/氫氧化物和導(dǎo)電聚合物材料，在各種材料之中，二氧化錳由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)被廣泛的應(yīng)作催化劑、磁性材料、鋰離子電池和超級電容器。特別是，二氧化錳因為其價格低廉、原料資源豐富、環(huán)境友好以及高達1370F/g的理論比容而被認(rèn)為是非常有前景的超級電容器的電極材料。

電極材料的電化學(xué)性能在很大程度上受到它們本身的晶體結(jié)構(gòu)、尺寸、維度、特別是形貌結(jié)構(gòu)的影響，因為這些因素可以在很大程度上影響電極材料的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及電解液離子在電極材料表面的擴散速率。在不同形貌的二氧化錳中，三維片狀結(jié)構(gòu)的二氧化錳由于其通常具備較好的電化學(xué)性能而受到廣泛關(guān)注。

但是，在不添加任何模板劑或表面活性劑的情況下很難合成具有三維形貌的材料。目前，采用一步水熱合成制備出海星狀納米片形貌的二氧化錳尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過一步水熱合成法制備出海星狀δ-MnO₂納米片/碳纖維紙復(fù)合電極材料。

本發(fā)明提供一種海星狀δ-MnO₂納米片/碳纖維紙復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于：將可溶性的高錳酸鉀和亞硫酸鹽在水溶液中充分溶解；將洗凈并干燥好的碳纖維紙浸入到上述混合溶液中進行水熱反應(yīng)，待反應(yīng)完全后，將所得產(chǎn)物洗滌、干燥后即得目的產(chǎn)物。

上述亞硫酸鹽為亞硫酸鉀或亞硫酸鈉的一種或兩種的混合物。

上述的可溶性高錳酸鉀和可溶性亞硫酸鹽的摩爾比為1:1.5。

上述的水熱反應(yīng)溫度為100～160℃，水熱反應(yīng)時間為18～36h。

上述的干燥溫度為70℃，干燥時間為12h。

本發(fā)明具備以下有益效果：

(1)本發(fā)明所提供的制備方法的原料廉價易得、資源豐富，合成工藝簡單易行，合成產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且工藝重復(fù)性好。

(2)本發(fā)明制備出了新穎的海星狀二氧化錳納米片陣列結(jié)構(gòu)，并且所合成材料的尺寸較為均一、分散均勻，在合成過程中無需添加任何的模板劑或表面活性劑。

(3)本發(fā)明所制備的海星狀二氧化錳納米片有做超級電容器電極時，在1A/g電流密度下其比電容值高達336F/g。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所制備的海星狀二氧化錳納米片/碳纖維紙復(fù)合電極材料的X射線衍射圖。

圖2為本發(fā)明所制備的海星狀二氧化錳納米片/碳纖維紙復(fù)合電極材料的掃描電鏡圖。