[发明专利]类米花球形二氧化锰超级电容器复合电极材料的合成方法

说明书

本发明提供了一种合成类米花球形二氧化锰复合超级电容器电极材料的方法，是将可溶性淀粉溶解于二次蒸馏水中，加入氧化剂和表面活性剂，磁力搅拌下使其充分反应；再加入硝酸锰溶液继续搅拌，直至溶液由透明变为浅棕色最后形成深棕色的悬浊液，即得类米花球形二氧化锰复合超级电容器电极材料，该材料形貌统一，分散均匀，结构疏松，比表面积大；具有优异的超电容性能，良好的循环稳定性，较高的倍率性能和比电容值，是一种性能优异的复合电极材料，在混合动力汽车、便携式电子设备等领域具有广阔的应用前景。另外，本发明原料廉价易得，成本低，制备工艺简单，无任何有毒害的物质参与反应，更无有毒物质排放，绿色环保。

技术领域

本发明涉及一种二氧化锰复合超级电容器电极材料的合成，尤其涉及一种类米花球形二氧化锰复合超级电容器电极材料的合成方法，属于复合材料及超级电容器技术领域。

背景技术

随着全球经济的发展，传统的能源（煤炭、石油）消耗殆尽，且这些化石燃料不充分利用致使大量有害气体释放，对全球的环境及人类的健康造成巨大的威胁。因此，太阳能、风能、潮汐能、核能、地热能等新能源（可再生能源）受到大家广泛关注。同时，储能装置的改进与利用也迫在眉睫。超级电容器是介于蓄电池和传统电容器之间的一种储能装置，既像蓄电池一样，有高的能量密度，也保留了传统电容器高功率密度这一优点，这使得超级电容器在混合动力汽车，便携式电子设备及备用电池等领域备受欢迎。

超级电容器根据储能原理的不同，可以分为两类：一类是双电层电容器，一类是赝电容器。前者采用一系列碳材料为电容材料，如石墨烯、碳气凝胶、碳纳米管，其特点是有良好的导电性和循环稳定性，与赝电容器相比，比电容值偏低。后者采用过渡金属氧化物/氢氧化物/硫化物以及导电聚合物为活性电极材料，其特点是有高的比电容值，但是缺点是，导电性差，稳定性也较差。

众所周知，RuO₂开启了金属氧化物电极材料的研究先河，以其宽的电化学窗口，高的理论比电容值而出名，但缺点也比较突出，有毒性，昂贵且稀缺。在寻找良好的候选替代者时，MnO₂印入人们眼帘，理论电容达到1233F·g^-1，成本低，对环境友好，但难题也同时存在，实验值远低于理论值，导电性差，电子传输速率低。

发明内容

本发明的目的是针对MnO₂比电容实验值低，导电性差，循环稳定性不佳等问题，提供一种导电性能优异，循环稳定性好，寿命长的MnO₂复合电极材料——类米花球形二氧化锰复合超级电容器电极材料；

本发明的另一目的是提供该类米花球形二氧化锰复合超级电容器电极材料的制备方法。

一、二氧化锰复合超级电容器电极材料的制备

本发明合成类米花球形二氧化锰复合超级电容器电极材料的方法，是将可溶性淀粉溶解于二次蒸馏水中，加入氧化剂和表面活性剂，磁力搅拌下使其充分反应；再加入硝酸锰溶液继续搅拌，直至溶液由透明变为浅棕色最后形成深棕色的悬浊液，即得类米花球形二氧化锰复合超级电容器电极材料，记为MnO₂/C。

所述氧化剂为高锰酸钾，氧化剂与可溶性淀粉的质量比为1.58:1~4.74:1。

表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，表面活性剂与可溶性淀粉的质量比为0.083:1~0.25:1。

硝酸锰溶液的浓度为0.1M，硝酸锰与可溶性淀粉的质量比为1.19:1~3.58:1。

磁力搅拌的速度90~120r/min。

二、二氧化锰复合超级电容器电极材料的形貌

下面通过红外光谱、X-射线衍射、扫描电镜表征复合材料的结构，用电化学工作站对其性能进行分析说明。

1、红外测试