[发明专利]一种泡沫镍基MnO2/C复合电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种采用水热-电沉积相结合的方法在泡沫镍上制备的Mn0₂/C复合电极材料及其制备方法，该电极材料可以广泛用于电池电极、超级电容器电极。 

背景技术

能源危机与环境污染越来越引起人们的重视，这促使人们开始寻找各种新型的能源来代替传统的化石能源。电容器是一种能储蓄电能的设备与器件，由于它的使用能避免电子仪器与设备因电源瞬间切断或电压偶尔降低而产生的错误动作，所以它作为备用电源被广泛应用于声频/视频设备、调协器、电话机、传真机及计算机等通讯设备和家用电器中，以及在无轨电车和电动汽车上的应用，与太阳能电池或风能发电站配套应用，用作大功率激光器的脉冲电源、工业领域、军事和航天领域等。现有电化学电容器的容量已经越来越难满足各种领域的需求，所以人们开始开发各种新型的负极材料来提高电化学电容器性能。 

碳电极的研究热点主要集中在制备具有高比表面积、合理的孔径分布和较小的内阻的电极材料上。目前应用于超级电容器的碳电极材料主要有活性碳、活性炭纤维、碳气凝胶、碳纳米管、碳球等。。 

有序多孔碳材料作为超级电容器电极材料，已具备了大比表面积、均匀孔径分布、物化性能稳定的优点，但目前仍不能回避的是其比容量较低、能量密度也较小。金属氧化物和导电聚合物电极材料均具有比电容大、能量密度高和能快速充放电的特点；然而金属氧化物的比表面积较小，导电聚合物在长期充放电过程中会发生体积的膨胀和收缩，性能并不稳定。金属氧化物电极材料主要有氧化钌、氧化镍、氧化钴、氧化锰、氧化铁以及氧化铝等 

为克服单一材料的局限性，不同类型材料之间的性能相互补偿，由此产生了复合型电极材料。由于有序多孔碳与金属氧化物材料的优点，因此，越来越多的研究者开始关注有序多孔碳与金属氧化物的复合材料，以期实现材料成本和性能之间的合理平衡。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种新的超级电容器电极材料——Mn0₂/C复合电极材料及其制备方法。 

本发明所述的泡沫镍基Mn0₂/C复合电极材料，由通过水热法沉积在泡沫镍基片上的碳球材料和通过电沉积方法在碳球材料上沉积的二氧化锰材料组成。 

本发明所述的泡沫镍基Mn0₂/C复合电极材料的制备方法，其步骤如下： 

1)清洗泡沫镍基片并烘干； 

2)配制葡萄糖去离子水溶液； 

3)将步骤1）得到的泡沫镍基片放入反应釜中，再将步骤2）得到的葡萄糖溶液转移至该反应釜中，使泡沫镍基片完全浸入葡萄糖溶液中，170～190℃下反应5～15h，从而在泡沫镍基片上制备得到碳球； 

4)将泡沫镍基片取出后并清洗烘干，然后在氮气气氛下逐步加热至700～900℃，保温1.5～3小时；最后冷却至室温，从而得到泡沫镍基碳电极； 

5)采用电化学沉积的方法，将泡沫镍基碳电极浸入到含有MnS0₄和Na₂S0₄的水溶液中，设定恒电位I-t曲线的电压为1.0～1.3V，沉积时间1～3h，在碳电极表面沉积Mn0₂薄层，从而得到泡沫镍基Mn0₂/C复合电极。 

步骤1）中所述的清洗泡沫镍基片并烘干，是将泡沫镍基片依次用去离子水、乙醇、丙酮、乙醇、去离子水超声洗涤10～20分钟，烘干。 

步骤2）中葡萄糖去离子水溶液的浓度为0.3mol/L～1.0mol/L。 

步骤3）中所述的使泡沫镍基片完全浸入葡萄糖溶液中，是将泡沫镍基片插进由聚四氟乙烯材料制成的底座，使泡沫镍基片和底座一起完全浸入葡萄糖溶液中，从而防止泡沫镍基片漂浮到溶液上面；底座需要同样进行与泡沫镍基片相同的清洗和烘干过程。。 

步骤4）中所述的将泡沫镍基片取出后并清洗烘干，是将泡沫镍基片和底座取出，首先用去离子水反复冲洗泡沫镍基片和底座，然后用去离子水和乙醇溶液再分别进行超声清洗一次，最后把泡沫镍基片从底座上取下来，在烘箱中烘干。 

步骤5）中所述的水溶液中MnS0₄的浓度为0.02～0.08mol·L^-1，Na₂S0₄的浓度为MnS0₄浓度的5倍。