[發(fā)明專利]鋁摻雜二氧化錳基柔性超級電容器電極材料、制備和應(yīng)用在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011245144.5 | 申請日： | 2020-11-10 |
| 公開（公告）號： | CN112447416A | 公開（公告）日： | 2021-03-05 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 楊正龍;徐夢瑤 | 申請（專利權(quán)）人： | 同濟(jì)大學(xué) |
| 主分類號： | H01G11/86 | 分類號： | H01G11/86;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/46 |
| 代理公司： | 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225 | 代理人： | 許耀 |
| 地址： | 200092 *** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 摻雜 二氧化錳 柔性 超級 電容器 電極 材料 制備 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明涉及一種鋁摻雜二氧化錳基柔性超級電容器電極材料、制備和應(yīng)用，通過水熱反應(yīng)在活化處理的碳布基底上一體化生成Al?MnO2納米片，得到Al?MnO2@CC材料，即為所述的鋁摻雜二氧化錳基柔性超級電容器電極材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備工藝簡單，原料簡單易得，且制得的材料比電容高，循環(huán)穩(wěn)定性好，適用于各類可穿戴便攜式產(chǎn)品。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋁摻雜二氧化錳基柔性超級電容器電極材料、制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)
能量消耗越來越嚴(yán)重，整個社會亟待開發(fā)能量存儲設(shè)備。作為一種儲能設(shè)備，超級電容器(SC)以其高能量密度和良好的循環(huán)穩(wěn)定性在電子，交通運輸和航空航天領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。隨著輕質(zhì)、便攜、柔性、可穿戴電子產(chǎn)品及電動車輛或混合動力汽車的發(fā)展，可折疊的能量存儲設(shè)備占據(jù)了更重要的位置，在保持高功率密度下實現(xiàn)結(jié)構(gòu)柔韌性以及進(jìn)一步提升超級電容器的能量密度要求電極材料具備一定的柔性。因此，選擇碳布(CC)作為合適的基材。將材料直接生長在碳布材料上，利用CC的孔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)不間斷的電荷轉(zhuǎn)移，從而顯著提高材料的電化學(xué)性能。但是純碳布比容量幾乎不提供比電容且能量密度低，為了進(jìn)一步提高碳布電極構(gòu)筑的超級電容器的比電容、能量密度和功率密度，可以在碳布上進(jìn)一步構(gòu)筑金屬氧化物。其中，Ru，Mn，Co和Ni等金屬材料的氧化物以其優(yōu)異的性能而聞名。由于RuO2的高比容量和良好的電導(dǎo)率，被認(rèn)為是最合適的材料，但其價格不合理限制了其發(fā)展。鎳，鈷僅適用于堿性環(huán)境，其工作范圍無法滿足高壓設(shè)備的要求。其中，MnO2價格低廉，含量豐富且對環(huán)境友好，一直是最合適的電極材料之一。但純MnO2作為電極材料的導(dǎo)電性很差，嚴(yán)重影響了器件的容量。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)能量密度E＝1/2CV2，本發(fā)明申請人推斷出通過提高工作電壓窗口(V)和面積比電容(C)來提高SC的能量密度(E)的有效方法。本發(fā)明申請人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，Al的半徑與MnO2最為接近，將其作為最理想的摻雜材料。
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種鋁摻雜二氧化錳基柔性超級電容器電極材料、制備和應(yīng)用。本發(fā)明工藝簡單，成本低廉，環(huán)境友好；Al3+的插入，可以有效增加MnO2的晶格缺陷，增加導(dǎo)電性，從而擴(kuò)充電壓窗口，使得采用該材料的柔性超級電容器具備更大的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性。適用于各類可穿戴便攜式產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
本發(fā)明第一方面提供一種鋁摻雜二氧化錳基柔性超級電容器電極材料的制備方法，通過水熱反應(yīng)在活化處理的碳布基底上一體化生成Al-MnO2納米片，得到Al-MnO2@CC材料，即為所述的鋁摻雜二氧化錳基柔性超級電容器電極材料。
優(yōu)選地，該方法包括以下步驟：
(1)將活化處理的碳布基底放入去離子水中，分別加入KMnO4和Al3+源；
(2)將入KMnO4、Al3+源、活化的碳布基底和去離子水混合均勻，形成均一的體系；
(2)利用4KMnO4+3C+H2O→K2CO3+MnO2+2KHCO3進(jìn)行水熱反應(yīng)；
(3)反應(yīng)后，取出反應(yīng)物，冷卻至室溫，洗滌，烘干，得到所述的鋁摻雜二氧化錳基柔性超級電容器電極材料。
優(yōu)選地，所述的碳布基底的活化采用以下方法：將碳布在溶劑中超聲處理，再酸化，用去離子水清洗后在干燥，得到活化的碳布基底。
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