一種在基材表面直接生成二氧化錳的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種在基材表面直接生成二氧化錳的制備方法，該方法將三維電極基體放入含有可溶性二價(jià)錳鹽和含氧酸鹽氧化劑的溶液中，恒溫水浴50～80℃下進(jìn)行化學(xué)沉積。采用本技術(shù)一次成型制備的二氧化錳電極無(wú)需采用粘合劑，具有體電阻小的特點(diǎn)。形成的二氧化錳為三維結(jié)構(gòu)，有利于溶液離子的擴(kuò)散，且擔(dān)載量大、電導(dǎo)率高，因此具有電容量大、循環(huán)性能好的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種在基材表面直接生成二氧化錳的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種在基材表面直接生成二氧化錳的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于超級(jí)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(nèi)阻以實(shí)現(xiàn)大電流快速充放電的要求。MnO2在自然界的豐度較高，價(jià)格低廉，制備工藝簡(jiǎn)單，是發(fā)展電化學(xué)電容器極具潛力的電極材料，近年來(lái)已成為人們的研究熱點(diǎn)。
[0003]氧化錳電極的制備方法主要有兩種，一種方法是通過(guò)化學(xué)或物理法制備氧化錳粉末，與粘結(jié)劑及導(dǎo)電添加劑充分混合后，通過(guò)涂覆或壓片制成電極。另一種方法是采用溶膠凝膠、電沉積、化學(xué)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(zhì)中的理論電容值可以達(dá)到1000F/g以上，但采用前種方法制備的電極由于氧化錳的利用率低，與基體結(jié)合不牢，接觸電阻大，因而產(chǎn)生的實(shí)際電容要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論值，例如以水合氧化錳制備的電極在鹽溶液的比電容僅為100?200F/g。采用后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(dá)到700F/g左右，但僅限于擔(dān)載量較低的極薄層材料，盡管極薄層二氧化錳性能較好，但由于擔(dān)載量小，體積比容量過(guò)低，難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種在基材表面直接生成二氧化錳的制備方法，通過(guò)將三維泡沫電極基體放入含有可溶性二價(jià)錳鹽和含氧酸鹽氧化劑的溶液中，恒溫水浴50?80°C下進(jìn)行化學(xué)沉積，使氧化錳直接在三維骨架上生長(zhǎng)形成三維結(jié)構(gòu)的薄膜。由于電極制備中不使用有機(jī)粘結(jié)劑，且形成的電極為三維結(jié)構(gòu)，擔(dān)載量大，因而具有體電阻小、電容量高、循環(huán)性能好的優(yōu)點(diǎn)。其技術(shù)方案為:
[0005]一種在基材表面直接生成二氧化錳的制備方法，包括以下步驟:
[0006](I)基材的預(yù)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(zhì)，用清水反復(fù)清洗后放入60°C干燥箱中烘干備用；
[0008](2)溶液配制
[0009]配制含有氧化猛前驅(qū)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) 二氧化錳制備
[0011]將以步驟(I)處理后的基材浸入步驟(2)配制的溶液中，在水浴中加熱進(jìn)行反應(yīng)；水浴溫度為50?80°C，加熱時(shí)間控制在2?12h。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0013]本發(fā)明以錳的可溶性鹽為前驅(qū)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。采用本技術(shù)一次成型制備的二氧化錳電極無(wú)需采用粘合劑，具有體電阻小的特點(diǎn)，形成的二氧化錳為三維結(jié)構(gòu)，有利于溶液離子的擴(kuò)散。擔(dān)載量大，因此具有電容量高、循環(huán)性能好的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為實(shí)施例1的二氧化錳表面的掃描電鏡圖；
[0015]圖2為實(shí)施例2的二氧化錳表面的掃描電鏡圖；
[0016]圖3為實(shí)施例3的二氧化錳表面的掃描電鏡圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]實(shí)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(zhì)，用清水反復(fù)清洗后放入60°C干燥箱中烘干備用；
[0020](2)配制含有氧化錳前驅(qū)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)處理后的基材浸入步驟(2)配制的溶液中，在水浴中加熱進(jìn)行反應(yīng)。水浴溫度為60°C，加熱時(shí)間控制在10h。
[0022]所制備的二氧化錳三維電極材料如圖1所示。
[0023]實(shí)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(zhì)，用清水反復(fù)清洗后放入60°C干燥箱中烘干備用；
[0025](2)配制含有氧化錳前驅(qū)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)處理后的基材浸入步驟(2)配制的溶液中，在水浴中加熱進(jìn)行反應(yīng)。水浴溫度為70°C，加熱時(shí)間控制在4h。
[0027]所制備的二氧化錳三維電極材料如圖2所示。
[0028]實(shí)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(zhì)，用清水反復(fù)清洗后放入60°C干燥箱中烘干備用；
[0030](2)配制含有氧化錳前驅(qū)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)處理后的基材浸入步驟(2)配制的溶液中，在水浴中加熱進(jìn)行反應(yīng)。水浴溫度為80°C，加熱時(shí)間控制在2h。
[0032]所制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(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見(jiàn)地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變換或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種在基材表面直接生成二氧化錳的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)基材的預(yù)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(zhì)，用清水反復(fù)清洗后放入60°C干燥箱中烘干備用； (2)溶液配制 配制含有氧化錳前驅(qū)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)二氧化錳制備 將以步驟(I)處理后的基材浸入步驟(2)配制的溶液中，在水浴中加熱進(jìn)行反應(yīng)；水浴溫度為50?80°C，加熱時(shí)間控制在2?12h。
【文檔編號(hào)】H01G9/042GK104361996SQ201410593959
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】田穎, 劉宗宇, 周曉慧 申請(qǐng)人:大連交通大學(xué)