[发明专利]一种蜂窝状多孔二氧化锰纳米纤维的制备方法及其超级电容器应用

权利要求书

1.一种蜂窝状多孔MnO₂纳米纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）制备纳米碳纤维的前躯体纤维：利用静电纺丝方法处理聚丙烯腈（PAN）高分子，获得前躯体纤维；

（2）将步骤（1）制得的前躯体纤维在适当的气氛和温度下进行稳定化处理得到稳定化的纤维；

（3）将步骤（2）制得的稳定化的纤维在适当气氛和温度下进行炭化热处理，得到纳米碳纤维；

（4）将步骤（3）制得的纳米碳纤维与KMnO₄溶液在室温下反应获得蜂窝状多孔MnO₂纳米纤维。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中含碳聚合物为聚丙烯腈，分子量为20,000～200,000。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中稳定化处理是在空气或含氧气氛中进行，稳定化处理温度为200～290℃，稳定化处理时间为0.5～2h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的反应气氛为NH₃，流量在20～100mL/min之间；炭化处理温度为1000～1100℃，炭化时间为0.5～2h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中KMnO₄溶液的浓度为0.5～10mM/L，纳米碳纤维和KMnO₄的反应温度为20～30℃，反应时间为5min到168h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中获得的蜂窝状多孔MnO₂纳米纤维的直径为50～350nm，蜂窝孔径为10～80nm,蜂窝孔壁厚度为2.5～20nm。

7.一种超级电容器，其特征在于：将权利要求1—6任一权利要求制得的蜂窝状多孔MnO₂纳米纤维作为电极材料，组装成水系对称性超级电容器。

8.根据权利要求7所述的超级电容器，其特征在于：所述超级电容器的集流体为镍片、不锈钢片、钛片或石墨纸中的一种；超级电容器的隔膜为玻璃纤维或滤纸中的一种。

9.一种权利要求7—8任一权利要求所述的超级电容器的制备方法，其特征在于：将隔膜和蜂窝状多孔MnO₂纳米纤维切成长方形或圆形的适当面积，随后将MnO₂纳米纤维直接贴在已经在电解质溶液中浸泡24h的隔膜两面，最后再将长方形或圆形集流体片贴在MnO₂纳米纤维膜电极的两侧，边缘用聚四氟乙烯胶密封或放入电池壳中冲压得到超级电容器。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述超级电容器所用的电解质为Na₂SO₄,、K₂SO₄、Li₂SO₄或H₂SO₄中的一种。