[发明专利]采用循环伏安法在石墨基体上电沉积MnO2工艺方法

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器制备技术领域，具体是涉及一种采用循环伏安法在石墨基体上电沉积MnO₂的工艺方法。

背景技术

超级电容器又称电化学电容器，它是一种介于常规电容器与二次电池之间的新型储能器件，同时兼有常规电容器功率密度大和二次电池能量密度高，功率高、循环寿命长，安全以及环境友好等优点。可广泛应用于信息技术、空航天、国防科技、用能源等各种高科技领域中如超级电容器与充电电池组成复合电源系统，既可满足电动车启动、速和爬坡时的高功率要求，又可延长蓄电池的循环使用寿命，实现电动车动力系统性能的最优化。

由于超级电容器的独特性能，许多国家都给予了高度的重视，并作为国家重点研究和开发的项目。用作电极材料的活性物质可分为三大类：

（1）炭基材料，包括活性炭、炭纤维、炭纳米管、炭气凝胶、玻璃炭等；

（2）金属氧化物材料，如氧化钉、氧化镍、氧化锰、氧化钒、氧化钻等；

（3）导电聚合物材料，如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。

Ru0₂是至今为止发现的比容量最高的超级电容器电极材料。但是Ru0₂有其不足，Ru的价格昂贵，且Ru0₂孔隙率不高，难以商业化，且金属钌对环境有污染。由于MnO₂具有电学性能良好、储量丰富、价格低廉、环境友好等优点而引起广泛的关注。

目前MnO₂的制备方法主要有化学共沉淀法、溶胶-凝胶法。为了改善MnO₂的电容量，研究者们主要从以下方面进行改善：向MnO₂晶格中掺入其他元素；掺入合适的导电剂；选择合适的电解质液；优化制备条件。掺杂不同金属的MnO₂晶体表现出不同的晶体结构和放电性能，目前已报道的阳离子添加剂有Pb²⁺，Cr³⁺，Co³⁺，V⁵⁺，Ni²⁺等。离子不同所起的作用也就不同，如Co³⁺，V⁵⁺可以防止过充，使MnO₂电极具有较好的可逆性。

电沉积MnO₂溶液必须具有以下特点①溶液组分趋于简化，溶液逐渐向低毒、无毒方向发展；且稳定性高，温度及电流密度范围宽。②沉积层致密，分布均匀。

水热法需要在高压封闭的压力容器中，温度从100-400℃的条件下进行反应，反应条件要求较高，不易控制。热分解法是将高锰酸钾涂在金属基体上，通过升温制备表层含有二氧化锰涂层的电极。热分解法具有成本高、工艺复杂、不易控制烧结温度和危害环境的缺点。

发明内容

发明目的：

本发明的目的为了开发一种在石墨基体上采用循环伏安法电沉积MnO₂的工艺方法，旨在提供一种成本低、环保无害的电沉积MnO₂工艺。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种采用循环伏安法在石墨基体上电沉积MnO₂工艺方法，其特征在于：该方法步骤如下：

步骤1. 丙酮除油：去除石墨基体油污并不改变石墨的尺寸，使用丙酮清洗石墨表面，再使用蒸馏水清洗；

步骤2. 活化：活化溶液的组成为：石墨活化溶液为质量百分比32%的硝酸，将石墨完全浸没至活化液中，活化时间为4h；

步骤3. 激活：激活溶液的组成为：硫酸0.15mol/L；温度为20℃~30℃，扫描速率0.10V/s，扫描电位-1.1~2.2V，循环次数为60次；

步骤4. 沉积：电沉积溶液的组成为：硫酸锰（MnSO₄）13.2g/L，硫酸钠（NaSO₄）18g/L，硫酸镍（NiSO₄·6H₂O）1.2g/L；电流密度0.05A/dm²，温度为20℃~30℃，pH值为7.5，扫描速率0.08V/s，扫描电位-1.1~2.2V，循环次数550次，所获沉积层电容值达到172.2F/g。

步骤4中溶液配置所用的硫酸锰、硫酸钠和硫酸镍，纯度不低于化学试剂三级。

配置活化溶液，激活溶液，沉积溶液所用的水采用蒸馏水或去离子水。

上述步骤3和步骤4中工作电极为石墨电极，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极。