一種在基材表面直接生成二氧化錳的製備方法
2023-06-21 00:31:56 1
一種在基材表面直接生成二氧化錳的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種在基材表面直接生成二氧化錳的製備方法，該方法將三維電極基體放入含有可溶性二價錳鹽和含氧酸鹽氧化劑的溶液中，恆溫水浴50～80℃下進行化學沉積。採用本技術一次成型製備的二氧化錳電極無需採用粘合劑，具有體電阻小的特點。形成的二氧化錳為三維結構，有利於溶液離子的擴散，且擔載量大、電導率高，因此具有電容量大、循環性能好的優點。
【專利說明】一種在基材表面直接生成二氧化錳的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於化學【技術領域】，涉及一種在基材表面直接生成二氧化錳的製備方法。
【背景技術】
[0002]對於超級電容器的電極材料，不僅要求其具有高比容量，而且還要求低內阻以實現大電流快速充放電的要求。MnO2在自然界的豐度較高，價格低廉，製備工藝簡單，是發展電化學電容器極具潛力的電極材料，近年來已成為人們的研究熱點。
[0003]氧化錳電極的製備方法主要有兩種，一種方法是通過化學或物理法製備氧化錳粉末，與粘結劑及導電添加劑充分混合後，通過塗覆或壓片製成電極。另一種方法是採用溶膠凝膠、電沉積、化學氣相沉積、真空濺射等方法直接在金屬基體材料表面生成氧化物薄膜。MnO2在水系電解質中的理論電容值可以達到1000F/g以上，但採用前種方法製備的電極由於氧化錳的利用率低，與基體結合不牢，接觸電阻大，因而產生的實際電容要遠遠低於理論值，例如以水合氧化錳製備的電極在鹽溶液的比電容僅為100?200F/g。採用後一種方法直接沉積在金屬基體材料表面得到的氧化錳薄膜電極電容值可以達到700F/g左右，但僅限於擔載量較低的極薄層材料，儘管極薄層二氧化錳性能較好，但由於擔載量小，體積比容量過低，難以實現商業化應用。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種在基材表面直接生成二氧化錳的製備方法，通過將三維泡沫電極基體放入含有可溶性二價錳鹽和含氧酸鹽氧化劑的溶液中，恆溫水浴50?80°C下進行化學沉積，使氧化錳直接在三維骨架上生長形成三維結構的薄膜。由於電極製備中不使用有機粘結劑，且形成的電極為三維結構，擔載量大，因而具有體電阻小、電容量高、循環性能好的優點。其技術方案為:
[0005]一種在基材表面直接生成二氧化錳的製備方法，包括以下步驟:
[0006](I)基材的預處理
[0007]基材為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫碳、活性碳纖維中的一種；將基材放入0.1M鹽酸溶液中超聲60分鐘去除基材表面的雜質，用清水反覆清洗後放入60°C乾燥箱中烘乾備用；
[0008](2)溶液配製
[0009]配製含有氧化猛前驅物MnCl2和氧化劑NaBrO3的混合溶液，其中MnCl2濃度為0.01 ?0.1M, NaBrO3 濃度為 0.4M ；
[0010](3) 二氧化錳製備
[0011]將以步驟(I)處理後的基材浸入步驟(2)配製的溶液中，在水浴中加熱進行反應；水浴溫度為50?80°C，加熱時間控制在2?12h。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0013]本發明以錳的可溶性鹽為前驅體，以含氧酸鹽為氧化劑，在三維基材表面直接生成二氧化錳電極材料。採用本技術一次成型製備的二氧化錳電極無需採用粘合劑，具有體電阻小的特點，形成的二氧化錳為三維結構，有利於溶液離子的擴散。擔載量大，因此具有電容量高、循環性能好的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1的二氧化錳表面的掃描電鏡圖；
[0015]圖2為實施例2的二氧化錳表面的掃描電鏡圖；
[0016]圖3為實施例3的二氧化錳表面的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的技術方案作進一步說明。
[0018]實施例1
[0019](I)將泡沫鎳基材放入0.1M鹽酸溶液中超聲60分鐘去除基材表面的雜質，用清水反覆清洗後放入60°C乾燥箱中烘乾備用；
[0020](2)配製含有氧化錳前驅物MnCl2和氧化劑NaBrO3的混合溶液，其中MnCl2濃度為0.02M, NaBrO3 濃度為 0.4M ；
[0021](3)以步驟(I)處理後的基材浸入步驟(2)配製的溶液中，在水浴中加熱進行反應。水浴溫度為60°C，加熱時間控制在10h。
[0022]所製備的二氧化錳三維電極材料如圖1所示。
[0023]實施例2
[0024](I)將泡沫鎳基材放入0.1M鹽酸溶液中超聲60分鐘去除基材表面的雜質，用清水反覆清洗後放入60°C乾燥箱中烘乾備用；
[0025](2)配製含有氧化錳前驅物MnCl2和氧化劑NaBrO3的混合溶液，其中MnCl2濃度為0.04M, NaBrO3 濃度為 0.4M。
[0026](3)以步驟(I)處理後的基材浸入步驟(2)配製的溶液中，在水浴中加熱進行反應。水浴溫度為70°C，加熱時間控制在4h。
[0027]所製備的二氧化錳三維電極材料如圖2所示。
[0028]實施例3
[0029](I)將泡沫鎳基材放入0.1M鹽酸溶液中超聲60分鐘去除基材表面的雜質，用清水反覆清洗後放入60°C乾燥箱中烘乾備用；
[0030](2)配製含有氧化錳前驅物MnCl2和氧化劑NaBrO3的混合溶液，其中MnCl2濃度為0.08M, NaBrO3 濃度為 0.4M ；
[0031](3)以步驟(I)處理後的基材浸入步驟(2)配製的溶液中，在水浴中加熱進行反應。水浴溫度為80°C，加熱時間控制在2h。
[0032]所製備的二氧化錳三維電極材料如圖3所示。
[0033]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，本發明的保護範圍不限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員，在本發明披露的技術範圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變換或等效替換均落入本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種在基材表面直接生成二氧化錳的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)基材的預處理 基材為泡沫鎳、泡沫銅、泡沫碳、活性碳纖維中的一種；將基材放入0.1M鹽酸溶液中超聲60分鐘去除基材表面的雜質，用清水反覆清洗後放入60°C乾燥箱中烘乾備用； (2)溶液配製 配製含有氧化錳前驅物MnCl2和氧化劑NaBrO3的混合溶液，其中MnCl2濃度為0.01?.0.1M, NaBrO3 濃度為(λ 4M ； (3)二氧化錳製備 將以步驟(I)處理後的基材浸入步驟(2)配製的溶液中，在水浴中加熱進行反應；水浴溫度為50?80°C，加熱時間控制在2?12h。
【文檔編號】H01G9/042GK104361996SQ201410593959
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】田穎, 劉宗宇, 周曉慧 申請人:大連交通大學