[发明专利]一种超级电容器用纳米线状二氧化锰/石墨烯气凝胶复合材料的制备方法

说明书

一种超级电容器用纳米线状二氧化锰/石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，超级电容器储能材料领域。该纳米线状二氧化锰为β‑MnO₂纳米线，所述的纳米线为长条片状纳米线，其纳米线宽度方向的尺寸约为10nm，长度为2～5μm，并且该β‑MnO₂纳米线均匀且垂直生长于石墨烯纳米片上，由此形成了所述复合材料。该复合材料综合了二氧化锰法拉第电容高和石墨烯导电性好的优点，提高了复合材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及用于超级电容器储能材料领域，更具体地说，涉及一种纳米线状二氧化锰/石墨烯气凝胶复合材料的制备方法，使二氧化锰纳米线垂直生长在石墨烯上，利用二氧化锰纳米线和石墨烯之间的协同作用，提高了电化学性能。

背景技术

如今，由于传统化石燃料的枯竭和环境污染的加剧，清洁和可持续能源的发展显得尤为重要，因此太阳能和风能等可再生能源的发展取得了长足的进步。然而，这些能源受自然条件的限制，具有不连续性和不稳定性的特征。因此，开发稳定高效能量存储系统变得越来越迫切和重要。作为新型储能装置，超级电容器具有许多显著特性，例如高功率密度，快速充电/放电速率和长循环寿命，在电子设备，混合动力电动车辆和备用电源系统中具有广泛的应用。但是，超级电容器的能量密度不高极大地限制了其进一步的应用。所以，开发具有大比表面积和高导电率的电极材料成为了研究热点和难点。

二氧化锰纳米材料具有理论比容高、来源丰富、环境友好、成本低等优点，广泛应用于超级电容器电极材料。然而，二氧化锰导电性较差，导致其电容性能不高，限制了其在超级电容器领域的进一步应用。因此，将二氧化锰与导电性良好的石墨烯进行复合，通过其协同作用，既提高了复合材料的导电性，又增大了其比表面积，有利于提高电子和电解质离子的传输效率，从而提高该复合材料比电容性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米线状二氧化锰/石墨烯气凝胶复合材料及其制备方法。其中，该纳米线状二氧化锰为β-MnO₂纳米线，所述的纳米线为长条片状纳米线，其纳米线宽度方向的尺寸约为10nm，长度为2～5μm，并且该β-MnO₂纳米线均匀且垂直生长于石墨烯纳米片上，由此形成了所述复合材料。该复合材料综合了二氧化锰法拉第电容高和石墨烯导电性好的优点，提高了复合材料的电化学性能。

本发明提供了一种使β-MnO₂纳米线均匀且垂直生长于石墨烯纳米片上的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)、β-MnO₂纳米线的制备过程

具体优选包括如下步骤：

①在磁力搅拌条件下，分别将一定量的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP，优选10000)溶于去离子水中，直至全部溶解，记为溶液1；

②用滴管分别量取一定体积的Mn(NO₃)₂(50wt％)溶液和KMnO₄(0.2mol/L)溶液，分别滴入上述溶液1中，期间不断进行磁力搅拌，待全部滴加完毕后再继续搅拌30min，得到混合溶液2；

③混合液2全部转移到水热釜中，在180℃水热处理4～6h，取出水热釜并自然冷却至室温，先用去离子水进行洗涤多次，洗去SDBS和PVP，再用无水乙醇进行洗涤，去除残余的水，在干燥得到MnOOH前驱体粉体；

④称量一定量的上述MnOOH粉体，均匀地分散于NaOH(优选浓度2mol/L)溶液中记为溶液3；

⑤然后将溶液3转移到水热釜中，在180℃下水热处理24～48h，取出水热釜并自然冷却至室温，先用去离子水进行洗涤多次至中性，再用无水乙醇进行洗涤，去除残余的水，之后干燥，然后在300℃下煅烧2h，得到β-MnO₂纳米线粉体。