[發(fā)明專利]常溫兩電極電沉積制備MnO2

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011254608.9
• 申請(qǐng)日: 2020-11-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112614706A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范鈺銘;李文堯;郭鑫;劉珺臣;劉珩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/86
• 分類號(hào): H01G11/86;H01G11/24;H01G11/40;H01G11/46
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31293
• 代理人: 劉朵朵

本發(fā)明公開(kāi)了一種常溫兩電極電沉積制備MnO₂納米陣列的方法及其產(chǎn)品，制備方法：以Mn(NO₃)₂溶液作為電解液，以碳纖維作為正負(fù)極進(jìn)行電解，電解結(jié)束負(fù)極即為表面沉積有MnO₂納米陣列的碳纖維；電解為兩電極法電解，正負(fù)極間的電壓為5～20V，電解時(shí)間為10～100min。碳纖維表面密集分布有呈鑲嵌結(jié)構(gòu)的超薄片狀MnO₂。本發(fā)明的制備方法，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需參比電極，不需要復(fù)雜設(shè)備，且成本低廉，對(duì)環(huán)境無(wú)毒害無(wú)污染；產(chǎn)品，具有超薄結(jié)構(gòu)，碳纖維表面密集分布有超薄片狀MnO₂，具有強(qiáng)大有效表面積，有利于儲(chǔ)能，具有優(yōu)良的儲(chǔ)電性能，極具應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超級(jí)電容器電極材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種常溫兩電極電沉積制備MnO₂納米陣列的方法及其產(chǎn)品。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器是指介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的一種新型儲(chǔ)能裝置，它既具有電容器快速充放電的特性，同時(shí)又具有電池的儲(chǔ)能特性。由于其具有功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、工作溫限寬、免維護(hù)及綠色環(huán)保的特性現(xiàn)在超級(jí)電容器在各個(gè)領(lǐng)域越來(lái)越得到更為廣泛的應(yīng)用。

對(duì)于超級(jí)電容器而言，其電極材料是影響超級(jí)電容器性能和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素之一。金屬氧化物材料由于具有高比熱容(較高的電化學(xué)電容行為和優(yōu)良的倍率、能量密度高)和高穩(wěn)定性(循環(huán)穩(wěn)定性好、工作壽命長(zhǎng))的特性成為了一種常用熱門(mén)的超級(jí)電容器電極材料。其中，MnO₂是較為常用的一種金屬氧化物材料。由于其存在結(jié)構(gòu)致密的缺陷，目前多通過(guò)對(duì)其進(jìn)行納米化處理(MnO₂納米陣列)以增大表面積，同時(shí)納米化還有利于離子的輸送。

超級(jí)電容器上電極材料的上料工藝一般分為兩種：調(diào)配電極漿料而后在集流體上漿；直接將電極材料生在集流體表面。相比于調(diào)配電極漿料工藝，直接將電極材料生在集流體表面可充分利用材料的活性面積，減少死體積的產(chǎn)生，從而充分發(fā)揮電極材料的電容優(yōu)勢(shì)。其中，電化學(xué)沉積法是一種工藝簡(jiǎn)單且較為通用的將電極材料直接生在在集流體的制備方法，沉積時(shí)一般采用三電極法沉積，而三電極法沉積需要工作電極、對(duì)電極以及參比電極，同時(shí)電沉積的溫度有的實(shí)驗(yàn)條件是需要加熱一定溫度才能成功，其工藝較為復(fù)雜，成本較高。

因此，開(kāi)發(fā)一種工藝簡(jiǎn)單且成本低廉的超級(jí)電容器電極材料(MnO₂納米陣列)制備方法極具現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)工藝較為復(fù)雜且成本較高的缺陷，提供一種工藝簡(jiǎn)單且成本低廉的超級(jí)電容器電極材料(MnO₂納米陣列)制備方法，此外本發(fā)明的制備方法還對(duì)環(huán)境無(wú)害無(wú)污染。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種常溫兩電極電沉積制備MnO₂納米陣列的方法，以Mn(NO₃)₂溶液作為電解液，以碳纖維作為正負(fù)極進(jìn)行電解，電解結(jié)束負(fù)極即為表面沉積有MnO₂納米陣列的碳纖維；

所述電解為兩電極法電解，所述正負(fù)極間的電壓為5～20V，電解時(shí)間為10～100min。

本發(fā)明特別選定Mn(NO₃)₂溶液作為電解液，電解液中的二價(jià)錳離子在負(fù)極失去電極變成正四價(jià)錳離子形成MnO₂，MnO₂沉積在碳纖維表面，且只有本發(fā)明選定的Mn(NO₃)₂溶液能夠保證沉積的MnO₂在負(fù)極呈納米陣列狀態(tài)(保證沉積的MnO₂的物質(zhì)形貌)，同時(shí)電解的電壓、時(shí)長(zhǎng)均設(shè)定在一定范圍內(nèi)，電解的電壓過(guò)高和過(guò)低都得不到產(chǎn)物，電解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)因?yàn)樯L(zhǎng)太致密從表面脫落，電解時(shí)間過(guò)短則產(chǎn)物太少，不能形成陣列包裹在纖維表面。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案：