[發明專利]一種納米碳摻雜MnO2

在審

• 申請號: 202010316327.5
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111403184A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 葉志國;吳科奇;李多生;彭新元
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: H01G11/46
• 分類號: H01G11/46;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 張文杰

本發明公開一種納米碳摻雜MnO₂異質結柔性電極的制備方法，將加入有十二烷基硫酸鈉和分散劑TNWDIS的納米碳分散水溶液、硫酸錳溶液的混合溶液作為電解液，采用協同恒流電沉積方式，在作為陽極基體的柔性碳布或碳紙的表面沉積納米碳與MnO₂的混合相，制得具有內部三維導電網絡互聯的納米碳摻雜二氧化錳異質結柔性電極。本發明工藝簡便、環保、生產周期短，柔性電極表面沉積材料結合強度高、力學性能好，具有柔韌性好、質輕、高能量密度、低內阻和高比電容的優勢，適用于可穿戴式傳感器、折疊設備、航空航天等領域。

技術領域

本發明一種納米碳摻雜MnO₂異質結柔性電極的制備方法，涉及使用高導電納米碳對超級電容器電極材料二氧化錳摻雜改性的方法，具體屬于電容器柔性電極材料技術領域。

背景技術

超級電容器是一種介于電池與傳統電容器之間的新型儲能裝置，具有比功率高、比電容大、比能量高、長壽命、幾乎免維護、大電流充放電、綠色安全、熱穩定性高等特點，因此在新能源汽車、便攜式電子設備、應急能源、航空航天等領域有著廣泛的應用前景。并且由于電子設備越來越趨向于小型化、便攜化、輕量化且可穿戴化，現有的傳統電池系統體積笨重、質量比電容較低難以滿足客觀生活需要，所以在開發新型儲能設備的基礎上開發柔性電極材料就顯得尤為重要。

MnO₂是一種具有寬電位窗口、較高理論電容性能的電極材料，但由于其鍵合存在較多共價鍵和d²sp³的價電子雜化形式，導致MnO₂整體呈現硬脆性、低的載流子遷移率，這使得MnO₂易碎裂、實際利用率低，不利于實際應用。高導電納米碳(CNT、石墨烯等)是一種良好的導電材料同時兼具極好的力學性能、大比表面積和輕量化特征，所以可以作為彌補MnO₂硬脆性和低載流子遷移率缺點的候選材料。市場上商用柔性碳布和碳紙工藝成熟，能夠大批量生產，成本低、質量輕、厚度薄、柔韌性優異且導電性良好。因此以商用碳布或碳紙為基本電極，采用協同恒流電沉積方法使納米碳和MnO₂納米片在沉積過程中自然互相摻雜，利用碳納米管或石墨烯高導電和高柔韌性特點，制備高體積比電容，高柔性，輕質靈活的超級電容器可穿戴式正極電極。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米碳摻雜MnO₂的異質結柔性電極的制備方法，使得CNT、石墨烯等納米碳摻雜二氧化錳柔性電極具有優良的穩定性、較高比容量、較高活性物質質量和柔韌性。

本發明一種納米碳摻雜MnO₂異質結柔性電極的制備方法將加入有十二烷基硫酸鈉和分散劑TNWDIS的納米碳分散水溶液、硫酸錳溶液的混合溶液作為電解液，采用協同恒流電沉積方式，在作為陽極基體的柔性碳布或碳紙的表面沉積納米碳與MnO₂的混合相作為電極的活性物質，制得內部具有三維導電網絡互聯的納米碳摻雜MnO₂異質結柔性電極；具體步驟如下：

步驟1：將納米碳加入到十二烷基硫酸鈉和分散劑TNWDIS的混合溶液中，超聲分散20 ~40 min，得到的納米碳分散液再與MnSO₄溶液混合，配制成電解液，其中納米碳含量為0.1 ~2.0 mg mL^-1，MnSO₄濃度為0.1 ~ 0.5 mol L^-1；

步驟2：以鈦板為陰極，柔性碳布或碳紙為陽極基體，在步驟1的電解液中進行協同恒流電沉積，電解液溫度控制在60~80℃，攪拌速度為600~ 900r min^-1，電沉積時間180~480 s；電沉積結束后，用去離子水反復清洗陽極電極3~5 min；

步驟3：將清洗后的陽極電極放置于恒溫真空干燥箱中，在60℃下干燥12 h，得到電極整體厚度為0.2 ~ 0.3 mm的納米碳摻雜MnO₂的異質結柔性電極。