[发明专利]制备超级电容器二氧化锰-氢氧化镍复合电极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学超级电容器复合电极材料的制备方法，特别涉及一种制备超级电容器二氧化锰-氢氧化镍复合电极材料的方法。

背景技术

超级电容器具备功率密度大、响应时间快、寿命长、维护简单等优点，可广泛用于信息、电子、能源、环境、交通和军工等领域，而开发一种生产成本低、较大容量、具有优异瞬时充放电性能、循环性好的的电化学电容器电极材料迫在眉睫。

根据所使用的电极材料，超级电容器可以分为以下两大类：以活性炭等碳材料为电极的双电层超级电容器和以金属氧化物或导电聚合物为电极材料的赝电容超级电容器或称“法拉第准电容器”。以碳材料作为电极，导电率高，比功率高，但是以双电层形式储电能力有限，电容量和比能量均较低。而赝电容超级电容器充放电过程中伴随有H⁺或OH^-嵌入和脱出的吸附电容或发生电化学氧化还原反应引起的电容，可实现二维或准二维的体相储电，大大增加了储电能力。其中氧化钌比容量高、导电性好、在电解液中非常稳定，是目前性能最为优良的超级电容器电极材料，但是由于钌属于稀有贵金属，资源有限，价格过高，对环境有污染，无法在短期内进行规模化生产，寻找低成本高性能的替代材料是当今的研究热点。研究发现钴、锰、镍等过渡金属氧化物具有与RuO₂相似的性质，有望代替RuO₂成为更适合商品化的超级电容器电极材料。二氧化锰由于资源广泛、价格低廉、对环境友好、具有多种氧化价态和结构丰富等优点，被广泛用作电池电极材料和催化剂材料。二氧化锰用作超级电容器的电极材料的研究是近年来才发展起来的，其在中性电解液中表现出良好的电容特性，且电位窗口较宽，被认为是极具发展潜力的一种电极材料。但由于传统方法制备的体相二氧化锰导电性不佳而且结构堆积紧密，不利于电解液离子扩散和电子的输运，所制备的电极比电容数值远远低于其理论比容(1370F/g)。最近，开发制备具有纳米结构的二氧化锰纳米颗粒或薄膜用于超级电容器电极受到关注。基于纳米结构的特点，二氧化锰可具有高的比表面积，有利于最大限度浸润电解液，缩短离子扩散路径，促进在电极表面发生氧化还原反应，从而提高充放电倍率特性和比电容。但是纳米结构存在一个致命问题，即在循环过程中易于发生结构坍塌，极大衰减电极的循环比电容。氢氧化镍具有良好的电化学氧化还原活性、低成本以及高的理论比电容特性，是一类有吸引力的赝电容材料。但是由于电极材料与集流体之间结合弱、相转变、以及氧化还原过程中发生晶粒长大等原因，往往具有高比电容的氢氧化镍循环稳定性差。目前，人们已通过化学方法制备出了二氧化锰和氢氧化镍的复合物，当二氧化锰的质量百分比为35.5％时，在碱性电解液中比电容达到487.4F/g。

发明内容

本发明的目的在于，为克服目前化学方法制备二氧化锰掺杂复合电极材料存在的产品比容量低、稳定性差、分散性差及导电性差、制备工艺复杂的缺陷，提出一种改进的制备超级电容器二氧化锰-氢氧化镍复合电极材料的方法，该方法制备的二氧化锰和氢氧化镍复合电极材料具有优越的循环稳定性，高的比容量。电极制备过程简单方便，易产业化。

本发明制备超级电容器二氧化锰-氢氧化镍复合电极材料的方法，是以泡沫镍、镍片或钛片为极板在高锰酸钾和硝酸镍混合水溶液电解液中进行阴极电化学沉积，沉积后的极板表面用去离子水清洗、晾干，即获得以泡沫镍、镍片或钛片为基底、表层具有二氧化锰-氢氧化镍复合薄膜的复合电极材料。

所述的高锰酸钾和硝酸镍混合水溶液电解液，其中，高锰酸钾的浓度为0.005mol/L～0.05mol/L，硝酸镍的浓度为0.004mol/L～0.12mol/L。优选为：高锰酸钾的浓度为0.01mol/L～0.04mol/L，硝酸镍的浓度为0.014mol/L～0.12mol/L。

所述的电解液的工作温度为20℃～30℃。

阴极恒电位电化学沉积电位为-0.7V～-0.95V。优选沉积电位为-0.8V。