[发明专利]一种MnO2

说明书

本发明公开了一种MnO₂/碳纤维复合电极的制备方法及具有其的电容器，涉及纳米复合材料制备技术领域，对碳纤维表面进行表面氧化处理，有效避免了电化学测试过程中或者外力作用下表面功能层从碳纤维表面剥离脱落；同时对氧化后的碳纤维进行水合肼还原处理，将碳纤维表面的部分含氧基团还原，大幅提高了碳纤维材料导电性，从而大幅提升了MnO₂/碳纤维复合电极组成的电极体系的比电容。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料制备技术领域，尤其涉及一种MnO2/碳纤维复合电极的制备方法及具有其的电容器。

背景技术

随着科技的快速发展，柔性可穿戴设备的研究成为热点。可穿戴设备的体积通常较小，其中用于放置储能器件的空间有限，研究制备与其相匹配的储能设备成为柔性可穿戴设备发展环节中重要的一环。超级电容器具有充放电快、功率密度高的优点，其能量密度介于传统电容器和二次电池之间。一维超级电容器具有体积小易加工的优点，制备具有高功率密度和高能量密度的一维超级电容器，可以充分利用电子设备中的空间。

制备高功率密度和能量密度的超级电容器的关键是制备具有高功率密度和高能量密度的电极。碳材料具有优异的电导率，但是其储能机理基于双电层，所以其比电容相对较小。赝电容材料由于自身可以通过可逆的法拉第反应达到储存电荷的目的，所以其通常具有较高的比电容，但其导电性限制了其应用。为了将两者的优点结合到一起，通常将二者结合起来，制备基于碳材料和赝电容材料的复合电极。其中的碳材料起到导体的作用，可以快速的传递电子，从而使赝电容材料可以进行快速的氧化还原反应。

基于碳纤维的电极复合电极大多是采用核壳结构或者在碳纤维表面附加功能层制备而得。其中，在碳纤维表面附加功能层的方法通常由于表面功能层和碳纤维结合力不高、缺乏较强分子间作用力或者在充放电过程中电极材料自身体积的变化等原因，容易导致外层（表面功能层）从碳纤维表面剥离脱落，从而影响碳纤维复合电极的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中碳纤维复合电极表面功能层容易脱落的技术缺陷，提供了一种MnO2/碳纤维复合电极的制备方法及具有其的电容器，大幅提高了碳纤维复合电极的结构稳定性。

本发明一个方面，提供了一种MnO2/碳纤维复合电极的制备方法，，包括如下步骤：

碳纤维表面氧化，将碳纤维于容器中，于冰水浴中进行酸处理，后添加第一氧化剂进行第一次氧化处理，加水稀释，添加第二氧化剂进行第二次氧化处理，清洗干净，干燥后密封，得到氧化处理后的碳纤维CF-1，备用；

MnO₂/碳纤维复合电极制备，将处理后的碳纤维作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝网作为对电极，电沉积液为含有0.05-0.2 M MnAc₂和0.01-0.05 M NH₄Ac的溶液，进行恒电流沉积得到的MnO₂/碳纤维复合电极，其中电沉积电流为0.1-1 mA，电沉积时间为100 s mg^-1 -500 s mg^-1。

进一步地，在碳纤维表面氧化处理后，还包括有碳纤维微波改性处理，碳纤维微波改性，将CF-1于微波环境中处理，处理时长1-10min，得到微波改性处理后的碳纤维CF-2。

进一步地，在碳纤维微波改性处理后，还包括水合肼还原处理，将CF-2置于水热反应釜中，加入水合肼进行还原处理，清洗，干燥后密封，得到水合肼还原处理后的碳纤维CF-3。

优选地，所述酸处理采用混合酸处理。

进一步地，所述混合酸为浓硫酸和浓硝酸，优选为质量分数为95-98%的浓硫酸和质量分数为65-68%的浓硝酸。

优选的，所述碳纤维的强度不低于4000Mpa，所述第一氧化剂为高锰酸钾，第二氧化剂为过氧化氢。