[发明专利]CeO2-MnO2-石墨烯的制备及在超级电容器中的应用

说明书

本发明属于超级电容器领域，尤其涉及一种的CeO₂‑MnO₂‑石墨烯(CeO₂‑MnO₂‑RGO)三元复合材料的制备方法。本发明通过机械研磨法、一步水热法和水热合成法三种方法制备CeO₂‑MnO₂‑RGO三元复合物，经过对比，水热合成法制备的三元复合材料性能最佳。进一步比较水热时间、水热温度、原料的配比和CeO₂的加入量对复合材料电化学性能的影响，设计正交表选出最佳条件，当水热时间为6h，水热温度为120℃，原料量为起始原料的1/4，CeO₂加入量为0.1g时有着优异的电化学性能。因此，该复合材料在超级电容器领域有着潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，尤其是一种水热法合成的颗粒状CeO₂-MnO₂-石墨烯(CeO₂-MnO₂-RGO)三元复合材料。

背景技术

能源是人类生存和发展的基础。随着能源的日益枯竭、科学技术的进步、人口的不断增长以及社会经济的发展，人们对能源需求也逐渐增长。进入新世纪以来，伴随着自然资源不断消耗，经济社会的发展与能源供给之间的矛盾也与日俱增，所以开发多种多样的节省能源技术和开发二次能源也就越来越成为人类关注的重点。

超级电容器又称为电化学电容器，是一种新型能源器件，具备着对环境友好和储能性能良好的特点。可应用在储能装置动力电源系统以及诸多电子设备上。

超级电容器的主要组成结构包括集流体、电极材料、隔膜和电解液。其中，电极材料最为重要。另外，作为超级电容器的电解液，一般而言需满足这些条件：良好的化学稳定性、较宽的电势窗口、低毒、经济的价格等。隔膜既可以有效防止电极两端接触而发生短路，又可作为电荷和电解液的通道，隔膜的材料大多是很薄的纤维材料。碳基材料是最先出现的电极材料。即使是在各种电极材料涌现的今天，碳基材料也有着不可取代的地位，因为碳基材料具有比表面积大，导电性好，价格便宜，孔道结构丰富，化学稳定性好等特点。

本发明中水热法合成颗粒状的CeO₂-MnO₂-RGO三元复合材料具有优异的电化学性能，随着CeO₂、MnO₂的加入可减小石墨烯片层间的相互作用，而石墨烯与CeO₂、MnO₂相结合，导致比表面积增大并且石墨烯又可以弥补金属离子的缺陷，使三元复合材料克服了自身存在的缺陷，在比电容、功率密度和能量密度等方面有了很大程度上的提升。

发明内容

本发明主要解决单一的无机纳米粒子效果不佳，作为电极材料其导电性和结构稳定性较差，为了同时满足高性能超级电容器的主要性能要求，例如电容性能、倍率性能等，必须将无机纳米粒子与碳材料或其它金属氧化物或者碳材料相结合。碳材料由于其导电性良好、孔隙率发达以及比表面积较大，可以很大程度上补偿二氧化铈的缺陷。

本发明所采用的技术方案为：一种水热法合成的颗粒状的CeO₂-MnO₂-RGO三元复合材料，以褶皱状的石墨烯片层为载体，负载活性组分为颗粒状的CeO₂-MnO₂。

本发明的一种水热合成法颗粒状的CeO₂-MnO₂-RGO三元复合材料是按以下步骤进行的：

(1)称取1.5g六水硝酸铈与200mL去离子水于三口烧瓶中，剧烈搅拌并用氨水调节pH＝10，将其置于温度80℃的水浴条件下2h，洗涤过滤，恒温箱中恒温60℃5h，制得CeO₂。