[发明专利]一种二氧化锰/碳/泡沫金属复合材料的制备方法和应用

说明书

一种二氧化锰/碳/泡沫金属复合材料的制备方法和应用，它涉及泡沫金属复合材料的制备方法和应用。本发明的目的是要解决现有使用二氧化锰作为电极材料构建的超级电容器件存在导电性差和循环寿命短的问题。方法：一、泡沫金属的预处理；二、泡沫金属上原位生长钴基沸石咪唑酯骨架结构材料纳米片阵列；三、碳/泡沫金属复合材料的制备；四、将碳/泡沫金属复合材料置于KMnO₄溶液中静置，经清洗、干燥，得到二氧化锰/碳/泡沫金属复合材料。一种二氧化锰/碳/泡沫金属复合材料作为工作电极用于制备超级电容器件或作为正电极材料制备非对称超级电容器。本发明可获得一种二氧化锰/碳/泡沫金属复合材料。

技术领域

本发明涉及泡沫金属复合材料的制备方法和应用。

背景技术

能源危机是目前世界各个国家面临的一大严峻挑战。在这样的时代背景下，超级电容器的发明给我们的生活带来了曙光。超级电容器是介于普通电容器与化学电池之间的一种新型储能装置，具有高功率密度、高充放电速率、使用寿命长和绿色环保等优点，有望成为本世纪新型的绿色能源，成为了各大科研机构的研究热点。然而目前商业化的超级电容器由于能量密度较低，仍然只能作为电池的有力补充在快速充放电领域里发挥作用。如何提高超级电容器的能量密度一直是储能领域的一项重要课题。

电极材料是影响超级电容器性能和生产成本的关键因素之一，因此研究和开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研发工作的重要内容。二氧化锰(MnO₂)是一种最具应用前景的超级电容器电极材料，其理论比电容高达1370F g^-1。而且，二氧化锰在自然界中含量丰富、价格低廉、且对环境友好，二氧化锰得到众多学者的广泛关注。然而二氧化锰的导电性差、循环寿命短等缺陷严重限制了其在超级电容器领域的发展。

发明内容

本发明的目的是要解决现有使用二氧化锰作为电极材料构建的超级电容器件存在导电性差和循环寿命短的问题，而提供一种二氧化锰/碳/泡沫金属复合材料的制备方法和应用。

一种二氧化锰/碳/泡沫金属复合材料的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、泡沫金属的预处理：

依次以稀盐酸、去离子水和无水乙醇为清洗剂对泡沫金属进行超声清洗，再进行真空干燥，得到预处理后的泡沫金属；

二、泡沫金属上原位生长钴基沸石咪唑酯骨架结构材料纳米片阵列：

①、将六水合硝酸钴溶解到去离子水中，得到六水合硝酸钴水溶液；

②、将二甲基咪唑溶解到去离子水中，得到二甲基咪唑水溶液；

③、将六水合硝酸钴水溶液与二甲基咪唑水溶液混合，再进行搅拌，得到混合溶液；

步骤二③中所述的六水合硝酸钴水溶液与二甲基咪唑水溶液的体积比为(0.9～1.1):(0.9～1.1)；

④、首先将预处理后的泡沫金属浸入到混合溶液中，然后在室温下静置5h～10h，再依次使用去离子水和无水乙醇对泡沫金属冲洗，最后置于烘箱中干燥，得到表面生长有钴基沸石咪唑酯骨架结构材料纳米片阵列的泡沫金属；

三、碳/泡沫金属复合材料的制备：

首先将表面生长有钴基沸石咪唑酯骨架结构材料纳米片阵列的泡沫金属置于高温管式炉中，然后以2℃/min～6℃/min的升温速率升温至600℃～800℃，最后在温度为600℃～800℃下煅烧2h～5h，得到碳/泡沫金属复合材料；

四、将碳/泡沫金属复合材料置于KMnO₄溶液中静置，经清洗、干燥，得到二氧化锰/碳/泡沫金属复合材料；

步骤四中所述的KMnO₄溶液的浓度为0.03mol/L～0.08mol/L，静置时间为1h～4h。