[發明專利]一步法合成多孔MnO/C微球用于超級電容器電極材料

有效

• 申請號: 201911209852.0
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN110942922B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 韓丹丹;申燁;趙遠;潘怡帆;魏金鶴
• 申請（專利權）人: 吉林化工學院
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/34;H01G11/44;H01G11/46;C01G45/02;C01B32/05
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本專利涉及一種用于超級電容器電極材料的碳負載氧化錳的制備方法，針對實施例1附圖2中的產物形貌，所得的MnO/C電極材料是具有許多納米顆粒包覆構成的多孔微球結構，構成多孔微球結構的納米微球直徑約為2.5μm，電化學測試結果表明，在電流密度為0.1 A·g^?1時，單電極的比容量達到104.9 mAh·g^?1，當電流密度為1 A·g^?1時，經過500次循環充放電，電極比容量的保持率為96.4%。

技術領域

本發明屬于超級電容器器件技術領域，具體涉及一步法合成多孔MnO微球用于超級電容器電極材料。

背景技術

隨著人類對能源的需求，科學家開發了各種先進的能量轉換和存儲裝置，如鋰離子電池、燃料電池和超級電容器。在各種類型的儲能設備中，電化學超級電容器，引起了廣泛的關注。超級電容器具有壽命長、充放電速度快、功率密度高等優點具有許多潛在的應用前景，其中電極材料是影響性能的關鍵，具有贗電容特性的金屬氧化物已其價格低廉、自然豐度高、環境友好、理論比容量高等優點成為最近研究的熱點，其中RuO₂電極材料的比電容可達788 F/g。但是由于材料價格過高，應用受到嚴重限制。

Mn系氧化物具有自然含量豐富及價格較低、環保友好等優點，有望替代RuO₂成為新型贗電容電極材料。其中二價錳系氧化物的開發在國內剛剛起步，Wang 等人采用一種簡單的凝膠狀薄膜輔助法，在碳布上制備了平均粒徑為80、41、20、15和9 nm的均勻可調的MnO顆粒并探索出中等粒徑的納米粒子(20 nm)表現出最好的性能，而且優化后的MnO/碳布電極具有良好的柔韌性和較高的導電性與穩定性，在功率密度可達到450 W/kg。盡管如此，錳氧化物材料存在利用率低，離子/電子導電性差，小顆粒的團聚易造成低比表面積等缺陷。為解決上述問題，一種有效的策略是利用碳質基體構建納米復合材料，可以大大改善材料的導電特性，降低內阻，從而提高電容性能。

申請公開號為CN201610470858.3的發明專利公開一種利用激光一步原位還原氧化石墨烯、分解錳化合物制備石墨烯/氧化錳柔性電極的方法，具體公開了將氧化石墨烯的水溶液與錳的氧化物均勻混合，涂布在柔性基底上，在惰性氣氛保護下利用激光照射，使氧化石墨烯被激光還原成石墨烯的同時,錳化合物受熱分解得到氧化錳材料。上述專利的目的都在于提高錳氧化物材料的比容量，但制備的方法復雜，所得產物比表面積受限等缺陷仍是限制高性能電極材料進一步應用的關鍵。本發明以多巴胺為碳源，一步實現錳前驅體碳酸錳和聚多巴胺的合成，并經過惰性氣體N₂保護下，煅燒實現碳摻雜的MnO的制備。

發明內容

本發明以MnSO₄為錳源，以NaHCO₃為沉淀劑，室溫下快速合成MnCO₃，通過多巴胺的修飾高溫煅燒碳化得到MnO/C多孔分級結構微球，制備的MnO/C應用于超級電容器電極材料，為二價錳材料應用于超級電容器電極提供數據和制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采取如下技術方案：本發明的基于一種用于超級電容器電極材料的碳負載氧化錳的制備方法，具體包括如下步驟：（1）將0.75 mmol MnSO₄溶于70 mL 蒸餾水和7 mL 無水乙醇混合溶液中，加入0.03 g多巴胺（DA）溶解，將10 mmol/L三羥甲基氨基甲烷（Tris-buffer）逐滴加入上述混合溶液中，磁力攪拌均勻后，將7.8 mmolNaHCO₃溶于70 mL 蒸餾水后緩慢加入到上述溶液中反應3 h。得到溶液離心分離后用蒸餾水、乙醇洗滌，干燥后得MnCO₃/PDA。

（2）將MnCO₃/PDA粉末轉移至高溫管式爐內，在氮氣保護下，進行煅燒碳化，升溫速率為5 ℃/min下煅燒2 h，得到MnO/C多孔微球復合材料。