[发明专利]一种多孔的二氧化锰及碳的复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔的二氧化锰及碳的复合材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是二十世纪年代末出现的一种新型储能元件，其储能性质介于传统静电电容器和化学电源之间，具有功率密度高、充电时间短、大电流工作特性好、寿命长、低温性能优于蓄电池等特点，被成为绿色能源。目前超级电容器主要存在的问题是能量密度需要进一步提高，成本需要进一步降低。

二氧化锰是地球资源丰富、成本低、对环境友好的一种能源材料，已经在原电池、锂离子电池等体系得到广泛应用。由于其具有高的赝电容，其在超级电容器中的应用潜力巨大。但二氧化锰自身是半导体材料，其导电率低的特性影响了其在超级电容器中的性能发挥，常规所得二氧化锰的比电容器值为100-200F/g。为了提高其活性，人们尝试从改善其导电性、改进其结构及与其他物种进行复合等角度来对二氧化锰进行修饰。

多孔道的、大比表面的、导电性高的二氧化锰是人们最求的目标，然而，关于多孔的二氧化锰及碳的复合材料的报道主要是采用水热法、电沉积法。这些方法条件要求比较高，且二者复合是均匀分布比较困难,导致碳材料不能充分发挥其导电作用,使复合材料的导电性欠佳,电化学性能差，而该问题正是本发明要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的之一是为了提供一种多孔的二氧化锰及碳的复合材料，该多孔的二氧化锰及碳的复合材料提高了二氧化锰的比电容量，改善二氧化锰的导电性，进而提高二氧化锰作为超级电容器电极材料的电化学性能。

本发明的目的之二是提供上述的一种多孔的二氧化锰及碳的复合材料的制备方法。

本发明的技术方案

一种多孔的二氧化锰及碳的复合材料，按重量百分比计算，其含碳量为30-40%，优选为28.5-36.1%。

上述的多孔的二氧化锰及碳的复合材料，通过包括以下步骤的方法制备而成：

（1）、向温度为80-90℃、浓度为10-20mol/L硝酸铝水溶液中慢慢加入0.5-1mol/L的碳酸铵水溶液，搅拌直至溶液透明，然后控制温度为-20℃进行冷冻干燥，然后转移到马弗炉中控制升温速率为5℃/min升温至200℃-300℃加热分解8h-10h，所得固体物为具有多孔结构的三氧化二铝；

上述所用的10-20mol/L硝酸铝水溶液和0.5-1mol/L碳酸铵水溶液的量，按摩尔比计算，即硝酸铝：碳酸铵为1：0.6-0.7； 

（2）、多孔碳的制备

将步骤（1）所得的具有多孔结构的三氧化二铝浸入正丁醇中，抽真空静置10-20min，将其转移到管式恒温炉中，控制温度为500-600℃进行分解反应1-3h，得到含有多孔三氧化二铝和碳的固体，然后清除掉含有多孔三氧化二铝和碳的固体中的三氧化二铝，得到多孔碳；

所述的清除掉含有多孔三氧化二铝和碳的固体中的三氧化二铝，即向含有多孔三氧化二铝和碳的固体中加入体积百分比浓度为10%-30%的硫酸水溶液，控制温度70-80℃进行反应7-8h，以便溶解三氧化二铝，反应结束后过滤，所得的滤饼用蒸馏水洗涤至流出液的pH值为中性，再将其加入到质量百分比浓度为10-20%的氢氧化钠水溶液中，控制温度70-80℃进行反应7-8h，以便加速溶解三氧化铝，反应结束后过滤，所得的滤饼用蒸馏水洗涤至流出液的pH值为中性，然后在真空条件下110℃烘干，即得多孔碳；

（3）、复合材料的制备

将多孔碳浸入到浓度为0.001-0.005mol/L的高锰酸钾水溶液中进行0.5-1h，让高锰酸钾充分的进入到三氧化二铝的孔道中，然后抽滤； 

抽滤所得的滤饼浸入到浓度为0.005-0.015mol/L的氯化锰水溶液中，控制搅拌转速为2000-3000r/min下进行二氧化锰的生成反应1-3h，然后再次抽滤；

再次抽滤所得的滤饼用蒸馏水洗涤至流出液的pH值为中性，然后在真空条件下110℃烘干，即得多孔的二氧化锰及碳的复合材料。

上述所得的多孔的二氧化锰及碳的复合材料，其为海绵状立体多孔结构，用BET比表面仪器（micromeritics asap2020 HD88）进行检测，其孔径为2-9nm，其比表面积为312.4-361.8m²/g。

本发明的有益结果