[發明專利]一種自支撐高比電容WC@rGO-MnO2

在審

• 申請號: 202310077220.3
• 申請日: 2023-01-17
• 公開（公告）號: CN115954217A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 王喜明;單曉飛;王麗;王哲;于建芳;于淑艷;武靜
• 申請（專利權）人: 內蒙古農業大學;內蒙古科技大學;包頭市鹿福美家具有限責任公司
• 主分類號: H01G11/46
• 分類號: H01G11/46;H01G11/30;H01G11/86;H01G11/34;H01G11/26
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 王曉麗

1.一種自支撐高比電容WC@rGO-MnO₂電極，其特征在于，所述WC@rGO-MnO₂電極通過WC@rGO導電基體上原位生長活性物質MnO₂制備得到，所述電極依然保留了原始木材的3D分級多孔網絡結構，是一種未添加任何粘結劑與導電劑的自支撐電極。

2.制備如權利要求1所述的自支撐高比電容WC@rGO-MnO₂電極的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、Wood@GO復合材料的制備：

(a)、制片：沿著木材生長的方向，將木材加工成預設尺寸的木片，并在烘箱中將木片干燥至絕干狀態；

(b)、真空浸漬：將a中制備的絕干狀態的木片完全浸漬在GO分散液中，15-30℃條件下，在真空干燥箱中進行真空浸漬處理，得到Wood@GO復合材料；所述GO分散液的質量濃度為5～6mg·mL^-1；

步驟2、WC@rGO導電基體的制備：

(a)、化學還原處理：將Wood@GO復合材料完全浸漬在抗壞血酸溶液中，并在水浴鍋中加熱進行化學還原處理，化學還原處理結束后，用乙醇和去離子水反復沖洗3～5次以去除殘留的抗壞血酸，干燥，得到Wood@rGO復合材料；

(b)、物理還原處理：將Wood@rGO復合材料置于管式爐中，在惰性氣體條件下，先進行低溫預碳化處理，再進行高溫還原處理，得到WC@rGO導電基體，所述惰性氣體為氮氣、氬氣、氦氣氣氛；

步驟3、WC@rGO-MnO₂電極的制備：

(a)、生長MnO₂：將WC@rGO導電基體與高錳酸鉀和硫酸鈉的混合溶液置于水熱反應釜中，將反應釜放在烘箱中進行水熱反應實驗，在WC@rGO導電基體上原位生長MnO₂；

(b)、成品制備：水熱反應結束后，乙醇和去離子水反復沖洗3～5次以去除殘留的抗壞血酸，干燥，得到WC@rGO-MnO₂電極。

3.如權利要求2所述的制備自支撐高比電容WC@rGO-MnO₂電極的方法，其特征在于，步驟1(a)所述的木材為闊葉材；所述干燥方法為在50～60℃的溫度條件下干燥33～39h。

4.如權利要求2所述的制備自支撐高比電容WC@rGO-MnO₂電極的方法，其特征在于，步驟1(b)所述真空浸漬的操作方法為真空度抽至0.08MPa，保持壓力15～30min，泄壓，重復以上操作，直至液面不再有明顯下降，即視為達到飽和狀態。

5.如權利要求2所述的制備自支撐高比電容WC@rGO-MnO₂電極的方法，其特征在于，步驟2(a)所述抗壞血酸溶液的質量濃度為2～4mg·mL^-1；所述化學還原處理是在70～90℃的溫度條件下還原2～4h。

6.如權利要求2所述的制備自支撐高比電容WC@rGO-MnO₂電極的方法，其特征在于，步驟2(b)中：

低溫預碳化處理是在200～300℃的溫度條件下預碳化1～3h；

高溫還原處理是在900～1100℃的溫度條件下還原處理100～140min；

管式爐程序參數設置為升溫速率4～6℃·min^-1，降溫速率9～11℃·min^-1。

7.如權利要求2所述的制備自支撐高比電容WC@rGO-MnO₂電極的方法，其特征在于，步驟3(a)所述高錳酸鉀和硫酸鈉的摩爾濃度比為1：1，混合液的摩爾濃度為0.015～0.025M；所述是在110～130℃水熱反應2～4h。

8.一種自支撐AWC電極，所述AWC電極是通過將碳化木進行活化處理直接得到的，其特征在于，所述電極依然保留了原始木材的3D分級多孔網絡結構，是一種具有高比電容的自支撐電極。