[發明專利]一種超級電容器用納米線狀二氧化錳/石墨烯氣凝膠復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910977550.1
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110739159B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 劉曉林;劉艷生
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/36;H01G11/46;H01G11/24;C01G45/02;C01B32/19;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種超級電容器用納米線狀二氧化錳/石墨烯氣凝膠復合材料的制備方法，超級電容器儲能材料領域。該納米線狀二氧化錳為β?MnO₂納米線，所述的納米線為長條片狀納米線，其納米線寬度方向的尺寸約為10nm，長度為2～5μm，并且該β?MnO₂納米線均勻且垂直生長于石墨烯納米片上，由此形成了所述復合材料。該復合材料綜合了二氧化錳法拉第電容高和石墨烯導電性好的優點，提高了復合材料的電化學性能。

技術領域

本發明涉及用于超級電容器儲能材料領域，更具體地說，涉及一種納米線狀二氧化錳/石墨烯氣凝膠復合材料的制備方法，使二氧化錳納米線垂直生長在石墨烯上，利用二氧化錳納米線和石墨烯之間的協同作用，提高了電化學性能。

背景技術

如今，由于傳統化石燃料的枯竭和環境污染的加劇，清潔和可持續能源的發展顯得尤為重要，因此太陽能和風能等可再生能源的發展取得了長足的進步。然而，這些能源受自然條件的限制，具有不連續性和不穩定性的特征。因此，開發穩定高效能量存儲系統變得越來越迫切和重要。作為新型儲能裝置，超級電容器具有許多顯著特性，例如高功率密度，快速充電/放電速率和長循環壽命，在電子設備，混合動力電動車輛和備用電源系統中具有廣泛的應用。但是，超級電容器的能量密度不高極大地限制了其進一步的應用。所以，開發具有大比表面積和高導電率的電極材料成為了研究熱點和難點。

二氧化錳納米材料具有理論比容高、來源豐富、環境友好、成本低等優點，廣泛應用于超級電容器電極材料。然而，二氧化錳導電性較差，導致其電容性能不高，限制了其在超級電容器領域的進一步應用。因此，將二氧化錳與導電性良好的石墨烯進行復合，通過其協同作用，既提高了復合材料的導電性，又增大了其比表面積，有利于提高電子和電解質離子的傳輸效率，從而提高該復合材料比電容性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米線狀二氧化錳/石墨烯氣凝膠復合材料及其制備方法。其中，該納米線狀二氧化錳為β-MnO₂納米線，所述的納米線為長條片狀納米線，其納米線寬度方向的尺寸約為10nm，長度為2～5μm，并且該β-MnO₂納米線均勻且垂直生長于石墨烯納米片上，由此形成了所述復合材料。該復合材料綜合了二氧化錳法拉第電容高和石墨烯導電性好的優點，提高了復合材料的電化學性能。

本發明提供了一種使β-MnO₂納米線均勻且垂直生長于石墨烯納米片上的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)、β-MnO₂納米線的制備過程

具體優選包括如下步驟：

①在磁力攪拌條件下，分別將一定量的十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP，優選10000)溶于去離子水中，直至全部溶解，記為溶液1；

②用滴管分別量取一定體積的Mn(NO₃)₂(50wt％)溶液和KMnO₄(0.2mol/L)溶液，分別滴入上述溶液1中，期間不斷進行磁力攪拌，待全部滴加完畢后再繼續攪拌30min，得到混合溶液2；

③混合液2全部轉移到水熱釜中，在180℃水熱處理4～6h，取出水熱釜并自然冷卻至室溫，先用去離子水進行洗滌多次，洗去SDBS和PVP，再用無水乙醇進行洗滌，去除殘余的水，在干燥得到MnOOH前驅體粉體；

④稱量一定量的上述MnOOH粉體，均勻地分散于NaOH(優選濃度2mol/L)溶液中記為溶液3；

⑤然后將溶液3轉移到水熱釜中，在180℃下水熱處理24～48h，取出水熱釜并自然冷卻至室溫，先用去離子水進行洗滌多次至中性，再用無水乙醇進行洗滌，去除殘余的水，之后干燥，然后在300℃下煅燒2h，得到β-MnO₂納米線粉體。