一种洋葱碳/二氧化锰阵列电极及其制备方法和应用与流程

文档序号：21470135发布日期：2020-07-14 16:55阅读：523来源：国知局

本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种洋葱碳/二氧化锰阵列电极及其制备方法和应用。

背景技术：

随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，近年来，环境污染和气候变化问题越来越受到国家的重视。为了减少雾霾，应对全球变暖，有必要控制化石能源的消耗，代替以风能、潮汐等清洁能源。而这些能源都要以电能的方式进行传输或存储。因此，近年来，不同形式的电池如锂离子电池、燃料电池、铅蓄电池、镍氢电池等受到了极大的关注。然而电池的功率密度一般较低，无法满足高功率输出的需求，如电动汽车的加速过程。超级电容器因其功率密度大，能够弥补电池的缺陷，越来越受到人们的重视。作为一种赝电容材料，mno2具有价格低廉，理论比容量较大等优点。但与传统碳材料相比，其导电率较低，拉低了其倍率性能，并且循环稳定性稍差。因此，mno2与碳材料的复合可以综合两者的优点，发明简单有效的复合路线就尤为重要。

到目前为止虽然大量的mno2和碳的复合材料被研发出来，但碳的制备过程都相当复杂，而与阵列电极的复合就更难实现。所以，研究一种简单快速有效的制备碳/mno2复合材料的方法具有很大的应用意义。

技术实现要素：

通过火焰法将洋葱碳与mno2阵列电极进行复合，可以提供一种简单有效的制备碳/mno2复合材料的方法，所得的洋葱碳/mno2复合电极具有较大的应用前景。

本发明的目的是为了解决现有超级电容器比容量低、循环稳定性差的技术问题，而提供一种洋葱碳/二氧化锰阵列电极及其制备方法和应用。

本发明首先提供一种洋葱碳/二氧化锰阵列电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：制备二氧化锰阵列；

步骤二：将步骤一制备得到的二氧化锰阵列通过火焰法制备洋葱碳/二氧化锰阵列电极。

优选的是，所述步骤一中的二氧化锰阵列的制备方法为：在反应釜中将kmno4溶于去离子水中充分溶解，然后将导电基底分别依次用稀盐酸、浓度≥95％的乙醇、去离子水清洗后斜插入反应釜；密封反应釜后放入鼓风烘箱中加热；待自然冷却后将导电基底取出，用浓度≥95％的乙醇和去离子水反复冲洗、干燥，即得到二氧化锰阵列电极。

优选的是，所述的kmno4纯度为>99.5％，所述kmno4的浓度为0.01-0.4moll^-1。

优选的是，所述的导电基底包括碳布、碳纸、泡沫镍、铜网、钛网或钛片。

优选的是，所述鼓风烘箱中加热的温度为120-200℃，时间为4-24小时。

优选的是，所述的反应釜内衬为聚四氟乙烯，外套为不锈钢。

优选的是，所述的步骤二具体为：将二氧化锰阵列置于火焰外焰上1-2cm处1-10分钟，即得到洋葱碳/二氧化锰阵列电极。

优选的是，所述的火焰包括酒精灯、煤气灯或蜡烛等。

本发明还提供上述制备方法得到的洋葱碳/二氧化锰阵列电极。

本发明还提供上述洋葱碳/二氧化锰阵列电极在超级电容器方面的应用。

本发明的有益效果：

本发明提供一种洋葱碳/二氧化锰阵列电极及其制备方法和应用，该电极是先制备二氧化锰阵列；再将所得二氧化锰阵列通过火焰法制备过洋葱碳/二氧化锰阵列；上述制备方法简单、可大规模生产，所制备得到的电极应用在超级电容器中，比容量高，且具有优异的循环稳定性。

附图说明

图1为实施例1制备得到的二氧化锰阵列的扫描电镜照片图。

图2为实施例2制备得到的洋葱碳/二氧化锰阵列的扫描电镜照片图。

图3为二氧化锰阵列和洋葱碳/二氧化锰阵列阵列在中性条件下的放电循环容量变化图。

具体实施方式

下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

步骤一：制备二氧化锰阵列；

步骤二：将步骤一制备得到的二氧化锰阵列通过火焰法法制备洋葱碳/二氧化锰阵列；

按照本发明，先制备二氧化锰阵列，所述的二氧化锰阵列的制备方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的水热法、溶剂热法、化学沉积法或电沉积法即可，优选为水热法或电沉积法。

所述的水热法优选在反应釜中将高锰酸钾溶于溶液(去离子水)充分溶解，然后将导电基底用稀盐酸、乙醇(≥95％)、去离子水清洗后斜插入反应釜；密封反应釜后放入鼓风烘箱中在120-200℃下反应4-24个小时，优选温度为160℃，时间为4小时。待自然冷却后用乙醇(≥95％)和去离子水反复冲洗即得到二氧化锰阵列。所述的导电基底优选为碳布、碳纸、泡沫镍、铜网、钛网或钛片。

按照本发明，将上述制备得到的二氧化锰阵列通过火焰法制备洋葱碳/二氧化锰阵列；具体优选为：将所得二氧化锰阵列置于一个酒精灯火焰外焰之上1-2cm处5-10分钟，即得到洋葱碳/二氧化锰阵列。

本发明还提供上述方法制备得到的洋葱碳/二氧化锰阵列电极。

本发明还提供上述洋葱碳/二氧化锰阵列电极在超级电容器方面的应用，将上述洋葱碳/二氧化锰阵列作为阴极、铂片作为阳极组装成全电池，利用chi660e型电化学工作站测试其在中性电解液中的超级电容性能。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明，实施例中涉及到的原料均为商购获得。

实施例1

将158毫克高锰酸钾溶解在20毫升去离子水中，搅拌20分钟使溶液混合均匀。接下来，将溶液转移到50毫升反应釜中。将泡沫镍分别依次用稀盐酸、乙醇(≥95％)、去离子水清洗后，取1cm×3cm大小斜插入反应釜中并密封，放入鼓风烘箱中在160℃下反应4小时。待自然冷却后用乙醇(≥95％)和去离子水反复冲洗、干燥即得到二氧化锰阵列。

图1为实施例1制备得到的二氧化锰线阵列的扫描电镜照片图，该图显示了泡沫镍被纳米片阵列完全覆盖。

实施例2

将实施例1得到的二氧化锰阵列置于酒精灯火焰外焰之上1-2cm处5-10分钟，即得到洋葱碳/二氧化锰阵列。

图2为实施例2制备得到的洋葱碳/二氧化锰阵列的扫描电镜照片图，该图显示了泡沫镍被纳米片阵列完全覆盖。图3显示了该阵列电极在中性电解液条件下的(1moll^-1硫酸钠)放电循环容量变化图，与对照二氧化锰阵列相比，洋葱碳/二氧化锰阵列的初始比容量仍可达115fg^-1,而其循环性能明显提高，循环一万次约衰减了25％。

实施例3

将158毫克高锰酸钾溶解在20毫升去离子水中，搅拌20分钟使溶液混合均匀。接下来，将溶液转移到50毫升反应釜中。将泡沫镍用稀盐酸、乙醇(≥95％)、去离子水清洗后，取1cm×3cm大小斜插入反应釜中并密封，放入鼓风烘箱中在160℃下反应24小时。待自然冷却后用乙醇(≥95％)和去离子水反复冲洗、干燥即得到二氧化锰阵列。

实施例4

将实施例1得到的二氧化锰阵列置于煤气喷灯火焰外焰之上1-2cm处5-10分钟，即得到洋葱碳/二氧化锰阵列。

实施例5

将316毫克高锰酸钾溶解在20毫升去离子水中，搅拌20分钟使溶液混合均匀。接下来，将溶液转移到50毫升反应釜中。将泡沫镍分别依次用稀盐酸、乙醇(≥95％)、去离子水清洗后，取1cm×3cm大小斜插入反应釜中并密封，放入鼓风烘箱中在160℃下反应4小时。待自然冷却后用乙醇(≥95％)和去离子水反复冲洗、干燥即得到二氧化锰阵列。

将得到的二氧化锰阵列置于蜡烛火焰外焰之上1-2cm处5-10分钟，即得到洋葱碳/二氧化锰阵列。

实施例6

将158毫克高锰酸钾溶解在20毫升去离子水中，搅拌20分钟使溶液混合均匀。接下来，将溶液转移到50毫升反应釜中。将泡沫镍分别依次用稀盐酸、乙醇(≥95％)、去离子水清洗后，取1cm×3cm大小斜插入反应釜中并密封，放入鼓风烘箱中在140℃下反应4小时。待自然冷却后用乙醇(≥95％)和去离子水反复冲洗、干燥即得到二氧化锰阵列。