一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料及其制备方法和应用

本发明属于新能源，具体涉及一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着世界人口的不断增长和生活水平的提高，人们对笔记本电脑、手机等便携式电子设备的需求不断上升，这些设备采用了快充慢放的储能设备。超级电容器作为一种极具发展前景的新兴储能器件，其能量密度高于电容器，功率密度高于电池而备受关注。超级电容器包含了双电层电容器和赝电容电容器，而超级电容器的性能主要由其电极材料所决定。过渡金属基材料因其丰富储量，环境友好性及其多化合价态等性质得到了广泛关注。传统的单过渡金属基电极材料内部的离子扩散效率较低，无法满足强电流密度下循环稳定性。通过构建具有异质结的电极材料，能通过异质界面处的内建电场效应，提升离子的的扩散速率。这种材料的研究在超级电容器领域的研究是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明通过对氧化锰纳米棒表面的部分硫化，得到了一种高比电容的氧化锰/硫化锰异质结正极材料。

2、本发明采用的技术方案是：一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)将四水乙酸锰、乙酸铵溶于去离子水中组成混合电解液，将碳布浸入，进行电沉积，在碳布表面沉积一层氧化锰，形成mnox@cc。洗涤碳布，真空干燥。

4、(2)将制备的mnox@cc和硫源在管式炉中高温处理部分硫化，形成mnox/mns复合电极材料。

5、进一步的，上述的制备方法，步骤(1)中，所述一种含有氧化锰的碳布的制法，按重量比，四水乙酸锰:乙酸铵＝3:1-25。

6、进一步的，上述的制备方法，步骤(1)中，所述电沉积条件：在10macm-2电流密度下沉积100～180s。

7、进一步的，上述的制备方法，步骤(2)中，所述硫源为硫脲或硫代乙酰胺。

8、进一步的，上述的制备方法，步骤(2)中，所述硫源质量为0.005～0.02g。

9、进一步的，上述的制备方法，步骤(2)中，所述高温处理具体步骤为：在惰性气体保护下，以速率5-10℃/min升温至300-500℃，保温15-30min。

10、本发明制备的氧化锰/硫化锰异质结电极材料作为正极材料在超级电容器中的应用。

11、进一步的，用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料作为工作电极，碳纸为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在三电极体系下，进行电化学性能测试。

12、进一步的，上述制备方法，超级电容器的电解液为0.5m乙酸铵。

13、

14、本发明的有益效果是：本发明采用电化学沉积方法，在碳布上生长氧化锰，然后对氧化锰进行部分硫化，制备了超级电容器氧化锰/硫化锰(mnox/mns@cc)异质结正极材料。本发明氧化锰/硫化锰分布均匀，以纳米棒的形式生长在碳布纤维上，此种结构增加了材料的离子扩散速率及活性位点，表现出了更好的电化学性能。

15、本发明中n型半导体氧化锰和p型半导体硫化锰在异质界面形成异质结，在异质结处的内建电场会加速电荷载体的扩散速率，并进一步打破了电极材料表面的电荷平衡，为电极活性材料的法拉第反应提供更多的活性位点，提升电极材料整体的电化学储能性能。

技术特征：

1.一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料，其特征在于：制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料，其特征在于:步骤(1)中，按重量比，四水乙酸锰:乙酸铵＝3:1-25。

3.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料，其特征在于：步骤(1)中，所述电沉积条件：在10macm-2电流密度下沉积100～180s。

4.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料，其特征在于，步骤(2)中，所述硫源为硫脲或硫代乙酰胺。

5.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料，其特征在于，步骤(2)中，硫源与四水乙酸锰的质量比为1:500-2000。

6.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料，其特征在于，步骤(2)中，所述高温处理具体步骤为：在惰性气体保护下，300-500℃保温15-30min。

7.根据权利要求6所述的一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料，其特征在于，步骤(2)中，升温速率为5-10℃/min。

8.权利要求1-7任意一项所述的四水乙酸锰、乙酸铵作为正极材料在超级电容器中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：以权利要求1-6任一项所述的用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料作为工作电极，碳纸为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在三电极体系下，进行电化学性能测试。

10.根据权利要求9所述应用，其特征在于：超级电容器的电解液为0.5m乙酸铵。

技术总结
本发明涉及一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料及其制备方法，属于储能技术领域。制备方法包括如下步骤：将四水乙酸锰、乙酸铵溶于去离子水中组成混合电解液，将碳布浸入，进行电沉积，在碳布表面沉积一层氧化锰，形成MnOx@CC电极，洗涤碳布，真空干燥；将制备的MnOx@CC和硫源在管式炉中高温处理部分硫化，形成MnOx/MnS复合电极材料。N型半导体氧化锰和P型半导体硫化锰在异质界面形成异质结，在异质结处的内建电场会加速电荷载体的扩散速率，并进一步打破了电极材料表面的电荷平衡，为电极活性材料的法拉第反应提供更多的活性位点，提升电极材料整体的电化学储能性能。

技术研发人员：刘骥驰,马天翼,黄子航,王可欣
受保护的技术使用者：辽宁大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16