1313-13-9 / 超級電容器電極材料二氧化錳的制備方法

背景技術：

超級電容器是一種新型的儲能元件，因其容量大、可大電流快速充放電、循環壽命持久等優點，被廣泛的應用于啟動電源、脈沖電源、軍事、移動通訊裝置、計算機以及電動汽車等研究領域中。按照儲能機理的不同，超級電容器可分為以下三種：雙電層電容器、法拉第贗電容和混合超級電容器。

雙電層電容器主要是通過在電極/電解質之間的界面上所形成的雙電層來儲能， 該類電容器具有很高的功率密度和極好的循環性能。

法拉第贗電容器，主要是通過在電極的表面或體相中的二維空間發生快速可逆的化學吸附/脫附或氧化還原反應來儲能，該反應的特點是有法拉第電流產生，其理論比電容和能量密度比雙電層電容器高出100倍。

混合型超級電容器的兩個電極分別采用不同的儲能機理，其中一個電極選用贗電容類或二次電池類電極材料，另一電極選用雙電層電容類碳材料?；旌铣夒娙萜髦饕越饘傺趸镒髡龢O材料，碳材料作負極材料。電極材料是直接影響超級電容器的主要性能指標。最初用作陽極材料的金屬氧化物材料主要采用氧化釕（RuO2)或氧化銥（IrO2)等貴金屬氧化物。RuO2制作的薄膜電極，其比電容可達到為760 F/g，但其昂貴的價格、環境污染大等缺點限制了其廣泛應用。二氧化錳（MnO2)具有與RuO2相類似的功能，且其資源豐富、 無毒、易制備、對環境友好等優點成為替代貴金屬的備選材料之一。

目前制備MnO2的方法主要有水熱法、液相沉積法、高溫固相法等，但大多數方法制備得到的MnO2作為超級電容器正極材料性能欠佳，主要存在放電比電容量低、循環穩定性差等問題。這就限制了 MnO2在超級電容器產業中的大規模應用。

發明內容：

為了改善MnO2電極材料放電比電容量低、循環穩定性較差等問題，本發明設計了一種能夠簡單、快速的合成超極電容器電極材料MnO2的制備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

超級電容器電極材料二氧化錳的制備方法：

(O分別取原料吡咯(使用前減壓蒸餾提純）和高錳酸鉀，吡咯與高錳酸鉀的摩爾比在 1:0. 5-1:1 ；

(2)將所取吡咯單體分散溶解到水中，充分攪拌，得到溶液A ;吡咯與水的體積比為 1:25-1:50 ；

(3)將所取高錳酸鉀溶于水，得到溶液B ;所得溶液B的體積是溶液A體積的2-3倍；

(4)將溶液B緩慢加入到溶液A中，在(T5°C溫度條件下攪拌反應6-12小時；

(5)過濾反應液得到固態粉末狀產物，分別用去離子水和乙醇溶劑洗滌，直至濾液為無色；(6)將洗滌后的固態粉末狀產物于50-80 °C干燥12-24小時，即得電極材料MnO2粉末， 用于制備超級電容器正極材料。

本發明相比現有技術具有如下優點：

1、用本發明的方法制備得到的MnO2電極材料為粉末狀無定形態材料，不僅具有較高比電容，同時具有良好的電化學穩定性，是一種優良的超級電容器正極材料。

2、本發明MnO2的制備方法簡單、快速，解決了 MnO2在超級電容器產業中的大規模應用難的問題。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發明實施例做進一步詳述。

以下為利用各種分析儀器對制備得到的MnO2進行XRD、FT-IR、SEM、TEM等表征分析。以下各實施例中，原料中的吡咯使用前減壓蒸餾提純，吡咯與高錳酸鉀的摩爾比為提純后吡咯與高錳酸鉀的摩爾比。

(1)分別取原料吡咯和高錳酸鉀，吡咯與高錳酸鉀的摩爾比在1:0. 6 ;

(2)將所取吡咯單體分散溶解到水中，充分攪拌，得到溶液A ;吡咯與水的體積比為 1:25 ；

(3)將所取高錳酸鉀溶于水，得到溶液B ;所得溶液B的體積是溶液A體積的3倍；

(4)將溶液B緩慢加入到溶液A中，在5°C溫度條件下攪拌反應8小時；

(5)過濾反應產物得固態粉末狀沉淀物，分別用去離子水和乙醇溶劑洗滌沉淀物，直至濾液為無色；

(6)將洗滌后的固態粉末狀產物60°C下真空干燥18h，即得電極材料MnO2粉末，可用于制備超級電容器正極材料。