一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着世界人口的不断增长和生活水平的提高，人们对笔记本电脑、手机等便携式电子设备的需求不断上升，这些设备采用了快充慢放的储能设备。超级电容器作为一种极具发展前景的新兴储能器件，其能量密度高于电容器，功率密度高于电池而备受关注。超级电容器包含了双电层电容器和赝电容电容器，而超级电容器的性能主要由其电极材料所决定。过渡金属基材料因其丰富储量，环境友好性及其多化合价态等性质得到了广泛关注。传统的单过渡金属基电极材料内部的离子扩散效率较低，无法满足强电流密度下循环稳定性。通过构建具有异质结的电极材料，能通过异质界面处的内建电场效应，提升离子的的扩散速率。这种材料的研究在超级电容器领域的研究是十分必要的。

发明内容

本发明通过对氧化锰纳米棒表面的部分硫化，得到了一种高比电容的氧化锰/硫化锰异质结正极材料。

本发明采用的技术方案是：一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将四水乙酸锰、乙酸铵溶于去离子水中组成混合电解液，将碳布浸入，进行电沉积，在碳布表面沉积一层氧化锰，形成MnO

(2)将制备的MnO

进一步的，上述的制备方法，步骤(1)中，所述一种含有氧化锰的碳布的制法，按重量比，四水乙酸锰:乙酸铵＝3:1-25。

进一步的，上述的制备方法，步骤(1)中，所述电沉积条件：在10mAcm

进一步的，上述的制备方法，步骤(2)中，所述硫源为硫脲或硫代乙酰胺。

进一步的，上述的制备方法，步骤(2)中，所述硫源质量为0.005～0.02g。

进一步的，上述的制备方法，步骤(2)中，所述高温处理具体步骤为：在惰性气体保护下，以速率5-10℃/min升温至300-500℃，保温15-30min。

本发明制备的氧化锰/硫化锰异质结电极材料作为正极材料在超级电容器中的应用。

进一步的，用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料作为工作电极，碳纸为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在三电极体系下，进行电化学性能测试。

进一步的，上述制备方法，超级电容器的电解液为0.5M乙酸铵。

本发明的有益效果是：本发明采用电化学沉积方法，在碳布上生长氧化锰，然后对氧化锰进行部分硫化，制备了超级电容器氧化锰/硫化锰(MnO

本发明中N型半导体氧化锰和P型半导体硫化锰在异质界面形成异质结，在异质结处的内建电场会加速电荷载体的扩散速率，并进一步打破了电极材料表面的电荷平衡，为电极活性材料的法拉第反应提供更多的活性位点，提升电极材料整体的电化学储能性能。

附图说明

图1是实施例1步骤(1)MnO

图2是实施例2步骤(2)300-MnO

图3是实施例3步骤(2)400-MnO

图4是实施例4步骤(2)500-MnO

图5是实施例3制备的400-MnO

图6是实施例1制备的MnO

图7是实施例1制备的MnO

图8是实施例2制备的300-MnO

图9是实施例2制备的300-MnO

图10是实施例3制备的400-MnO

图11是实施例3制备的400-MnO

图12是实施例4制备的500-MnO

图13是实施例4制备的500-MnO

具体实施方式

实施例1

一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料MnO

将碳布裁剪成1×3cm

图1为实施例1中步骤(1)活性物质沉积后的低倍数(图中a)和高倍数(图中b)扫描电镜图片。由图1可见，当氧化锰电沉积时间为105s时，氧化锰载量为0.7mg，可以观察到均匀的纯氧化锰纳米棒结构。

图6是实施例1制备的MnO

图7是实施例1制备的MnO

实施例2

一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料300-MnO

(1)将碳布裁剪成1×3cm

(2)将步骤(1)制备的MnO

图2为实施例2中步骤(2)活性物质沉积后的低倍数(图中a)和高倍数(图中b)扫描电镜图片。由图2可见，300℃部分硫化后得到的氧化锰/硫化锰的纳米棒有所减小，且形成了多孔结构，增加了电解液于电极材料的接触面积，使电化学性能进一步提升。

图8是实施例2制备的300-MnO

图9是实施例3制备的300-MnO

实施例3

一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰异质结电极材料400-MnO

(1)将碳布裁剪成1×3cm

(2)将步骤(1)制备的MnO

图3为实施例3中步骤(2)活性物质沉积后的低倍数(图中a)和高倍数(图中b)扫描电镜图片。由图3中图b可见，400℃高温硫化得到了疏松多孔的纳米花，氧化锰部分硫化为硫化锰，整个结构均匀多孔，有利于电解液离子的扩散和传输，图a低倍数可见，氧化锰/硫化锰均匀覆盖在碳布表面上，经过电沉积与高温硫化，可以制备出均匀的氧化锰/硫化锰电极材料，该实例方法为本发明较佳的实施方式。

图5是实施例3制备的400-MnO

图10是实施例3制备的400-MnO

图11是实施例3制备的400-MnO

实施例4

一种用于超级电容器的氧化锰/硫化锰电极材料500-MnO

(1)将碳布裁剪成1×3cm

(2)将步骤(1)制备的MnO

图4为实施例4中步骤(2)活性物质沉积后的低倍数(图中a)和高倍数(图中b)扫描电镜图片。由图4可见，500℃高温硫化使得整个结构坍塌，影响了电解液离子与电极材料的充分接触，使电化学性能变差。

图12是实施例4制备的500-MnO

图13是实施例4制备的500-MnO