一种中空蜂窝状MnO2/C微纳米球和微米棒的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102760583A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102760583A(43)申请公布日2012.10.31(21)申请号201210242168.4(22)申请日2012.07.13(71)申请人郑州轻工业学院地址450002河南省郑州市东风路5号(72)发明人张勇李光胤霍庆媛王力臻张林森高海丽(74)专利代理机构郑州中原专利事务所有限公司41109代理人张绍琳(51)Int.Cl.H01G9/042(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书66页页附图附图44页(54)发明名称一种中空蜂窝状MnO2/C微纳米球和微米棒的制备方法(57)摘要本发明公开了一种中空蜂窝状MnO2/C微纳米球和微米棒的制备方法，它的步骤如下：（1）碳材料纯化；（2）将锰盐加入去离子水中，溶解后加入纯化过的碳材料，再加入高锰酸钾并搅拌，之后转置于水热反应釜中；（3）将水热反应釜置于烘箱中，水热条件下反应1~15h后冷却至室温，得到水热反应产物；（4）将水热反应产物用去离子水反复洗涤过滤，然后将所得产物干燥，取出后研磨，即得到超级电容器用中空蜂窝状MnO2/C微纳米球和鸟巢型微米棒材料。本发明制备工艺简单，合成时间短，制备出具有中空蜂窝状MnO2/C微纳米球和微米棒材料。中空蜂窝状MnO2/C微纳米球，呈现表面多孔，内部中空的特殊结构，微纳米球的直径约500nm；微米棒MnO2的直径约为30nm，长度约为5μm。CN10276583ACN102760583A权利要求书1/1页1.一种中空蜂窝状MnO2/C微纳米球和微米棒的制备方法，其特征在于它的步骤如下：（1）碳材料纯化：首先将碳材料进行干馏炭化，氩气保护，炭化温度为800-900℃，炭化时间10-14h，然后将烧制好的碳材料放到玛瑙研钵中，与氢氧化钾混合研磨，碳材料与氢氧化钾的质量比为1：4-6，最后在管式炉中进行活化后，冷却到室温，得到纯化过的碳材料；（2）将锰盐加入去离子水中，磁力搅拌，溶解后加入步骤（1）中纯化过的碳材料，再加入高锰酸钾并搅拌，之后转置于水热反应釜中，高锰酸钾与锰盐的物质的量之比为0.1~10:1，碳材料的加入质量为锰盐质量的0.1~20%，去离子水的加入量为使水热反应釜的填充率为10~90%；（3）将水热反应釜置于烘箱中，在100~200℃恒温水热条件下反应1~15h后冷却至室温，得到水热反应产物；（4）将水热反应产物用去离子水反复洗涤过滤，直至洗涤液的pH为7，然后将所得产物在烘箱中60~150℃的条件下干燥8~24h，取出后研磨至800~1600目，即得到超级电容器用中空蜂窝状MnO2/C微纳米球和鸟巢型微米棒材料。2.根据权利要求1所述的中空蜂窝状MnO2/C微纳米球和微米棒的制备方法，其特征在于：所述碳材料为竹炭、活性炭或氧化石墨。3.根据权利要求1所述的中空蜂窝状MnO2/C微纳米球和微米棒的制备方法，其特征在于：所述锰盐为氯化锰、硫酸锰或乙酸锰。2CN102760583A说明书1/6页一种中空蜂窝状MnO2/C微纳米球和微米棒的制备方法技术领域[0001]本发明涉及电化学材料制备领域，具体涉及一种比容量大、倍率性能好、循环寿命长和价格便宜、环保的超级电容器用中空蜂窝状MnO2/C微纳米球和微米棒的制备方法。背景技术[0002]随着各国对能源需求的日益增长和环保意识的日益增强，环保清洁能源的开发与利用显得尤为迫切。超级电容器作为一种新型储能装置，由于具有功率密度大、充放电速率快、适用温度范围宽、循环寿命长、安全系数高、免维护、经济环保等优点，在移动通讯、信息技术、航空航天和国防科技等领域都有广泛应用，特别是环保型电动汽车的兴起，超级电容器显示了前所未有的应用前景。RuO2在水系酸性溶液中具有高达720F/g的比电容，且有良好的可逆性，然而价格昂贵和本身的毒性限制了其应用。而MnO2因其成本低、来源广、电化学性能好和对环境友好，其作为超级电容器的活性电极材料具有很大的应用前景。[0003]理论上MnO2的比电容可达1370F/g，但MnO2理论容量利用率偏低，究其原因是因为：1、MnO2是半导体材料，其导电性差；2、MnO2的储能是表面反应，致使“大量的”内部活性物质不能充分利用。因此，粉末MnO2电极的比电容范围大多数为100-300F/g，远低于理论值；而MnO2薄膜电极的比电容则可达600-700F/g。尽管MnO2薄膜电极比电容较高，但当单位面积的活性物质增加，膜增厚以后，比电容下降很快，因此，MnO2薄膜电极面积比电容并不高。[0004]基于上述原因，合成具有中空蜂窝状MnO2/C微纳米球和微米棒材料是提高其理论容量利用率的有效途径。该结构的特殊性，使其中空结构作为电解液储存池以缩短离