[发明专利]常温两电极电沉积制备MnO2

说明书

本发明公开了一种常温两电极电沉积制备MnO₂纳米阵列的方法及其产品，制备方法：以Mn(NO₃)₂溶液作为电解液，以碳纤维作为正负极进行电解，电解结束负极即为表面沉积有MnO₂纳米阵列的碳纤维；电解为两电极法电解，正负极间的电压为5～20V，电解时间为10～100min。碳纤维表面密集分布有呈镶嵌结构的超薄片状MnO₂。本发明的制备方法，操作简单，无需参比电极，不需要复杂设备，且成本低廉，对环境无毒害无污染；产品，具有超薄结构，碳纤维表面密集分布有超薄片状MnO₂，具有强大有效表面积，有利于储能，具有优良的储电性能，极具应用前景。

技术领域

本发明属于超级电容器电极材料制备技术领域，涉及一种常温两电极电沉积制备MnO₂纳米阵列的方法及其产品。

背景技术

超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。由于其具有功率密度高、循环寿命长、工作温限宽、免维护及绿色环保的特性现在超级电容器在各个领域越来越得到更为广泛的应用。

对于超级电容器而言，其电极材料是影响超级电容器性能和生产成本的关键因素之一。金属氧化物材料由于具有高比热容(较高的电化学电容行为和优良的倍率、能量密度高)和高稳定性(循环稳定性好、工作寿命长)的特性成为了一种常用热门的超级电容器电极材料。其中，MnO₂是较为常用的一种金属氧化物材料。由于其存在结构致密的缺陷，目前多通过对其进行纳米化处理(MnO₂纳米阵列)以增大表面积，同时纳米化还有利于离子的输送。

超级电容器上电极材料的上料工艺一般分为两种：调配电极浆料而后在集流体上浆；直接将电极材料生在集流体表面。相比于调配电极浆料工艺，直接将电极材料生在集流体表面可充分利用材料的活性面积，减少死体积的产生，从而充分发挥电极材料的电容优势。其中，电化学沉积法是一种工艺简单且较为通用的将电极材料直接生在在集流体的制备方法，沉积时一般采用三电极法沉积，而三电极法沉积需要工作电极、对电极以及参比电极，同时电沉积的温度有的实验条件是需要加热一定温度才能成功，其工艺较为复杂，成本较高。

因此，开发一种工艺简单且成本低廉的超级电容器电极材料(MnO₂纳米阵列)制备方法极具现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术工艺较为复杂且成本较高的缺陷，提供一种工艺简单且成本低廉的超级电容器电极材料(MnO₂纳米阵列)制备方法，此外本发明的制备方法还对环境无害无污染。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种常温两电极电沉积制备MnO₂纳米阵列的方法，以Mn(NO₃)₂溶液作为电解液，以碳纤维作为正负极进行电解，电解结束负极即为表面沉积有MnO₂纳米阵列的碳纤维；

所述电解为两电极法电解，所述正负极间的电压为5～20V，电解时间为10～100min。

本发明特别选定Mn(NO₃)₂溶液作为电解液，电解液中的二价锰离子在负极失去电极变成正四价锰离子形成MnO₂，MnO₂沉积在碳纤维表面，且只有本发明选定的Mn(NO₃)₂溶液能够保证沉积的MnO₂在负极呈纳米阵列状态(保证沉积的MnO₂的物质形貌)，同时电解的电压、时长均设定在一定范围内，电解的电压过高和过低都得不到产物，电解时间过长会因为生长太致密从表面脱落，电解时间过短则产物太少，不能形成阵列包裹在纤维表面。

作为优选的技术方案：