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
文献发布时间:2024-04-18 19:58:21
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
- 一种用于超级电容器的含硫氧化锰电极材料及其制备方法
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