[发明专利]基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料和电化学超级电容器技术领域，具体涉及基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试方法。

背景技术

随着科学技术的进步、社会经济的发展以及人口急剧增长，对能源的消耗也越来越大，不可再生资源的枯竭迫切要求可再生资源发挥其替代作用，同时要求对不可再生资源的可持续、有效利用，充分发挥其潜能。现有的传统能源系统也已经无法满足现代工业、农业、林业等发展的需求，燃油和煤碳资源不仅不可再生，在使用消耗过程中还会产生大量的CO2、SO2等有害物质，带来很严重的环境污染。这就促使人们更加重视建立新的、有效的能源供应体系，以保证经济的可持续增长，同时还会对保护环境有益处。其中，开发新能源和可再生清洁能源是当前解决这一问题最有效的方法，是21世纪必须解决的关键技术之一，新能源材料则是实现新能源的开发和利用，并支撑它发展的基础和核心。

超级电容器，是一种介于传统电容器和充电电池之间的装置，它具有快速充放电、环境友好、高功率密度、超长循环寿命、无污染及工作温度范围宽等特点。目前，主要有金属氧化物、导电聚合物、活性碳材料及很多掺杂型复合材料被用作其电极材料。随着研究的深入，逐渐发现MnO₂、Co₃O₄、NiO电极材料成本低，而且具有很好的超级电容性能，是一类较好的超级电容器电极材料。但氧化物的导电性太差、易团聚等缺点使其徒有高容量却很难完全发挥出来，就需要我们通过提供载体的方法来增强其分散性，提高活性材料的利用，石墨烯的理论比表面积能够达到2630m²/g，具有很好的导电性和优良的力学性能，是当前作为超级电容器电极材料的首选。它作为电极材料，可以很好的克服其他碳材料比表面小、导电性差等问题，特别是石墨烯卷曲之后，在管内存在纳米限域效应，将大幅提高材料的性能，并且其介孔结构有效地增加了材料的比表面积进而提高了其容量，但单根MnO₂纳米线、石墨烯/MnO₂同轴纳米线、多孔石墨烯/MnO₂管中线结构同轴纳米线电化学超级电容器实际性能优劣与其纳米线结构的直接联系以及石墨烯是怎么样增加活性材料的性能的还未见报道。

发明内容

本发明提出了一种基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试方法，通过对单根MnO₂纳米线、石墨烯/MnO₂同轴纳米线、多孔石墨烯/MnO₂同轴纳米线电化学超级电容器性能的表征及其对称式单根纳米线超级电容器的比较，为电化学超级电容器活性材料的选用和制备提供强有力判据。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试方法，其特征在于单根纳米线分散在绝缘层上，作为超级电容器电极活性材料，单根纳米线的两端搭建在金属材料的集流体上，注入电解液封装，获得对称式单根纳米线电化学超级电容器器件，以单根纳米线为正极，以另一单根纳米线为负极，然后对所述的单根纳米线电极进行原位的电输运性能测试，使对称式单根纳米线电化学超级电容器器件在不同的充放电下静置。

按上述方案，所述的纳米线为MnO₂纳米线、石墨烯/MnO₂管中线结构同轴纳米线、多孔石墨烯/MnO₂管中线结构同轴纳米线。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种对称式超级电容器的构筑方法及基于单根纳米线电极材料的原位表征性能测试，为MnO₂纳米线、石墨烯/MnO₂同轴纳米线、多孔石墨烯/MnO₂同轴纳米线三种纳米线结构与电化学超级电容器性能提供了直接的联系，可以解释多孔石墨烯包覆MnO₂纳米线所形成的的同轴纳米线结构作为超级电容器电极材料性能优异的本质原因，并为纳米器件提供高功率密度能量存储装置。本发明中单根纳米线电化学超级电容器器件的组装不需要使用导电添加剂和粘结剂，纳米线工作电极材料和电解液形成良好的接触，对电极为面积较大的金，因此测得的电化学性能可以反应纳米线的本征电化学行为，对纳米线的电输运和结构表征都是在原位进行，能真实反应纳米线电极材料的结构对电导率及充放电过程的影响，揭示多孔石墨烯包覆MnO₂纳米线所形成的的同轴纳米线结构作为超级电容器电极材料性能优异的本质原因。

附图说明

图1是实施例4的对称式单根MnO₂纳米线电化学超级电容器器件的光学显微图；