[发明专利]一种以网孔状纳米结构锰系氧化物电极组装的超级电容器

说明书

  

技术领域

本发明涉及一种采用网孔状纳米结构锰系氧化物电极组装的比容量大、成本低的超级电容器。 

  

背景技术

超级电容器是介于化学电池和普通静电电容器之间的新型储能器件，其储能能量密度远高于静电电容器，而放电功率密度远高于化学电池，在电动车、卫星和脉冲电源等领域均具有很好的应用前景，可以辅助、甚至已开始替代当前使用的电池系统在要求高功率放电等场合时使用。原有的普通电容器的容量只能达到微法数量级，能存储的能量极小，作为电子电路中的滤波、交流耦合器件、振荡电路元件等。而超级电容器储存电荷的能力比普通电容器高出几个数量级,这也是其被称为“超级”的理由。但目前超级电容器的名称尚不统一，有超级电容器(Supercapacitor)、超电容器(Ultracapacitor)、电化学电容器(Electrochemical Capacitor)、双电荷层电容器 (Electrical Double Layer Capacitor，EDLC)或双电层电容器 (Double Layer Capacitor，DLC) 等。原因出于这类电容器电极材料、电解液等不同时，其电荷存储与放电机理不尽相同，一般分为双电层电容和法拉第准电容两类电荷储存放电机理。其电容性能一方面取决于电极双电层，因此电极比表面积越大其电容量越大，目前产量最多的活性炭电极超级电容器主要为此类机理的双电层电容器；另一方面，在特征电位范围，电极表面发生快速、可逆、无相变的法拉第反应，并伴随着质子或离子的欠电势沉积或在晶格内的“嵌脱”来实现电荷即能量的储放，则其电容值不仅与双电层有关，还与电极表面法拉第反应有关，因此电容量值一般为双电层电容器的10～100倍，金属氧化物电极超级电容器一般属于此类机理的电化学电容器，电化学电容可以远大于碳材料的双电层电容，所以近年来金属氧化物电极材料受到了广泛的关注。 

金属氧化物电极材料主要有氧化钌、氧化镍、氧化钴、氧化锰、氧化铁以及氧化铝等。金属氧化物基超级电容器目前最为成功的是氧化钌电极/H₂SO₄水溶液体系，由加拿大的Conway^[1]最先发现，其特征是循环伏安曲线几乎呈对称的矩形，没有尖锐的氧化还原峰。Park^[2] 等用阴极电沉积法制得了RuO₂ 薄膜电极，其单电极的比容量高达788F·g^-1。但RuO₂高昂价格和其毒性限制了它的大规模商品化，寻找廉价电极材料势在必行。Kyung W N^[3]等采用电化学沉积Ni(OH)₂再热处理制得多孔NiO_x 薄膜，单电极的比容量为277 F·g^-1。Anderson^[4]等分别用溶胶凝胶法和电化学沉积法制备MnO₂，发现用溶胶凝胶法比电沉积法制备的MnO₂ 的比容量高出三分之一。但至今尚没有发现一种在性能方面可以完全代替RuO₂的新金属氧化物材料。而且目前发表的均为单电极比电容数值，而不是组装成成电容器的电容。 

中国专利专利号ZL200710176693.X专利^[5]，提出了一种纳米网孔状结构锰系氧化物电极的制备方法，电极制备成本低廉，并是环境友好型绿色材料。本发明提供了一种以此类纳米网孔状结构锰系氧化物为电极组装的电容器，该电容器不仅质量比电容大，而且相比较而言成本低。 

参考资料： 

[1]Conway B E. Transition from super capacitor to battery behavior in electrochemical energy storage[J]. Electrochem Soc，1991，138(6):1539-1548.

[2] Park B O, Lokhande D C, Park H S, Jung K D, Joo O S. Performance of supercapacitor with electrodeposited ruthenium oxide film electroded-effect of film thickness[J]. Power Source, 2004,134(1):148-152.