一种水系超级电容器用高稳定性纳米二氧化锰粉末的制备方法，方法步骤为：（1）电化学沉积制备二氧化锰粉末；（2）研磨；（3）干燥处理；（4）低温热处理。本发明专利技术的技术效果是：生产工艺简单，生产周期短，设备成本低，易于实现产业化。本发明专利技术制备的水系超级电容器用高稳定性纳米二氧化锰粉末具有良好的稳定性，很高的比电容，在Na2SO4、K2SO4、Li2SO4等溶液中，具有高比能量和高稳定的工作窗口，可应用于高稳定性、高功率密度的电源场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种二氧化锰粉末的制备方法，尤其涉及。
技术介绍
随着新能源领域的技术进步和行业发展，储能技术越来越受到各方重视，成为解决未来新能源产业发展的关键环节，当前，超级电容器是储能技术中最具商用前景的一种技术装置。超级电容器由于其优越的充放电性能和储能性能，在风能/太阳能电力系统以及电动汽车储能领域中具有广阔的应用前景。现有的风能/太阳能电力系统中主要采用蓄电池储能。蓄电池是一种简单方便，应用广泛的储能装置，但是其存在循环寿命低、高低温性能差、充放电过程敏感、充放电效率较低等诸多的不足；在汽车能源领域，随着可持续性能源和新型能源的需求不断增加，低排放和零排放的交通工具的应用成为大势所趋，电力能源作为汽车的主要能源己成为各国研究的一个焦点。电动汽车的关键部分是蓄电池，可以作为电动汽车动力能源的蓄电池有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池及燃料电池等，虽然这些电池能量密度高，但是存在着充电时间长、无法大电流充电、循环寿命短等缺点。与传统的蓄电池储能设备相比超级电容器具有很大的优越性。超级电容器比功率大(是蓄电池10 倍以上)、充放电速率快(可数分钟内完成)、输出功率大、环境友好、超大容量电容器具有10 万次以上的循环寿命，并且超级电容器电池可以在一 40°C + 70°C温度范围内可以正常工作。因此超级电容器在风能/太阳能电力系统以及电动汽车的储能设备方面的应用受到广泛的关注。目前用于超级电容器的电极材料主要有炭材料，导电聚合物材料和和金属氧化物材料。炭材料价格低廉，其电极在水溶液中比电容较高，但碳材料电极存在着工作电压低，比能容量小等缺点；导电聚合物型电容器最大的优点是可以在高电压下工作，但目前导电聚合物电极材料存在着品种少，且存在内电阻大、稳定性差等缺点；金属氧化物型电容器具有很高的能量密度和功率密度，常见的金属氧化物电极材料有Ru02、Mn02、Ni0等。Ri^2 比电容很高，是理想的超级电容器材料，但其价格昂贵，污染环境且不容易获取。然而MnO2 具有价格低廉、电化学性能好、毒性小、对环境友好，比容量大等优点，近年来成为超级电容器电极材料的研究焦点，虽然二氧化锰粉电极材料具有如此多的优点，但是，普通的二氧化锰粉材料制备的超级电极电容器还是存在稳定性的问题，经过较多次的充放电后，其比电容和功率密度等都会出现大幅度的衰减，表现出极大的不稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了，本方法采用阳极电沉积法制备出高纯块状二氧化锰，然后利用机械研磨法对其进行纳米化处理，研磨过程中加入分散剂防止团聚，加入研磨助剂提高研磨效率，研磨后的二氧化锰粉末的尺寸分布均勻，粉末粒径可达到100 500纳米，很好的满足制备水系超级电容器电极所需的高容量、高稳定性要求。本专利技术是这样来实现的，方法步骤为(1)电化学沉积制备二氧化锰粉末a.预处理首先对钛板进行喷砂处理，然后用30 80g/LNaOH溶液洗涤钛板，除去钛板表面的油污，接着将钛板放入质量分数15% 50%的硫酸中浸泡1 10h，最后用浓硫酸进一步刻蚀直到溶液呈深紫色后取出试样，冲洗晾干，刻蚀温度80°C，时间为1. 5h ；b.采用热分解法在经过预处理的钛板上涂覆烧结IrO2中间层配制浓度为0.10 0. 50 mol ^dnT3氯铱酸异丁醇溶液为涂敷液，将涂敷液涂敷于处理好的钛板上，再置于烘箱内50 100°C烘干5 30min，然后于马弗炉内300 600°C烧结10 30min，取出空冷， 重复3 10次，最后一次300 600°C烧结40 90min，获得均勻的钛基IrO2中间层；c.电化学沉积活性二氧化锰镀层其具体步骤为首先把MnS04·H20、MnCl2或醋酸锰与H2SO4按摩尔比为1 2 1 10配制成500ml水溶液后将溶液加热到80 100°C，再将封装好的试样置于其中，通上直流电流，电流密度为2 60 mA/cm2,电沉积1 5天后取出清洗晾干，剥离出钛基体上块状MnO2，然后进行后续处理；(2)研磨将电化学沉积制备的块状二氧化锰置于研磨罐中，研磨介质选用直径不同的不锈钢球或玛瑙球，球料比为2:1 50:1，加入聚丙烯酸钠或聚羧酸钠作为分散剂，分散剂用量为占总重量的0. 1% 10%，分散剂可吸附在MnO2粉末颗粒表面并产生静电斥力使之分散，防止纳米MnO2粉末颗粒发生团聚，加入乙二醇或丙二醇作为研磨助剂，研磨助剂的用量为占总重量的0. 1% 30%，研磨助剂可提高研磨效率，减小能耗，研磨转速50 1000转 /分，研磨时间控制在1 24小时；(3)干燥处理将研磨后的二氧化锰粉末将放入干燥箱中恒温干燥，干燥温度40 800C ；干燥时间1 24h ；(4)低温热处理将恒温干燥过的二氧化锰粉末放入箱式电阻炉中进行低温热处理，热处理温度200 500°C，热处理时间1 24h ；热处理完毕即得到水系超级电容器用高稳定性、高比容量和优良导电性能的纳米二氧化锰粉末。本专利技术的技术效果是生产工艺简单，生产周期短，设备成本低，易于实现产业化。 本专利技术制备的水系超级电容器用高稳定性纳米二氧化锰粉末具有良好的稳定性，很高的比电容，在Na2S04、K2SO4, Li2SO4等溶液中，具有高比能量和高稳定的工作窗口，可应用于高稳定性、高功率密度的电源场合。附图说明图1本专利技术实施例1的循环伏安扫描图(5mV/s)。图2本专利技术实施例1的恒流充放电图(50mA/g)。图3本专利技术实施例1的比容量和循环数目关系图。图4本专利技术实施例1的MnO2-AC混合超级电容器恒流充放电曲线(100mA/g)。图5本专利技术实施例1的MnO2-AC混合超级电容器的比容量和循环数目关系图。图6本专利技术实施例1的MnO2粉末的场发射扫描电子显微镜图。图7本专利技术实施例2的循环伏安扫描图(5mV/s)。图8本专利技术实施例2的恒流充放电图(50mA/g)。图9本专利技术实施例2的比容量和循环数目关系图。图10本专利技术实施例2的MnO2-AC混合超级电容器恒流充放电曲线(100mA/g) 图11本专利技术实施例2的MnO2-AC混合超级电容器的比容量和循环数目关系图。图12本专利技术实施例2的MnA粉末的场发射扫描电子显微镜图。图13本专利技术实施例3的循环伏安扫描图(5mV/s)。图14本专利技术实施例3的恒流充放电图(50mA/g)。图15本专利技术实施例3的比容量和循环数目关系图。图16本专利技术实施例3的MnO2-AC混合超级电容器恒流充放电曲线(100mA/g) 图17本专利技术实施例3的MnO2-AC混合超级电容器的比容量和循环数目关系图。图18本专利技术实施例3的MnA粉末的场发射扫描电子显微镜图。具体实施例方式实施例1如图1、2、3、4、5、6所示， 1.电化学沉积制备MnA粉末а.采用热分解法在经过处理的钛板上涂覆烧结IiO2中间层。配制浓度为0.Imol MnT3 氯铱酸异丁醇溶液为涂敷液，将涂敷液涂敷于处理好的钛板上，再置于烘箱内70°C烘干 20min,然后于马弗炉内300°C烧结lOmin，取出空冷。重复三次，最后一次500°C烧结40min， 获得均勻的钛基IiO2中间层。b.电化学沉积活性MnA镀层。其具体步骤为首先把无水Na2SO4与H2SO4按摩尔比为2:5配制成500ml水溶液后将溶液加热到70本文档来自技高网...
【技术保护点】
１． 一种水系超级电容器用高稳定性纳米二氧化锰粉末的制备方法，其特征是方法步骤为：（１）电化学沉积制备二氧化锰粉末：ａ．预处理：首先对钛板进行喷砂处理，然后用３０～８０ｇ／Ｌ ＮａＯＨ溶液洗涤钛板，除去钛板表面的油污，接着将钛板放入质量分数１５％～５０％的硫酸中浸泡１～１０ｈ，最后用浓硫酸进一步刻蚀直到溶液呈深紫色后取出试样，冲洗晾干，刻蚀温度８０℃，时间为１．５ｈ；ｂ．采用热分解法在经过预处理的钛板上涂覆烧结ＩｒＯ２中间层：配制浓度为０．１０～０．５０ ｍｏｌ·ｄｍ－３氯铱酸异丁醇溶液为涂敷液，将涂敷液涂敷于处理好的钛板上，再置于烘箱内５０～１００℃烘干５～３０ｍｉｎ，然后于马弗炉内３００～６００℃烧结１０～３０ｍｉｎ，取出空冷，重复３～１０次，最后一次３００～６００℃烧结４０～９０ｍｉｎ，获得均匀的钛基ＩｒＯ２中间层；ｃ．电化学沉积活性二氧化锰镀层：其具体步骤为：首先把ＭｎＳＯ４·Ｈ２Ｏ、 ＭｎＣｌ２或醋酸锰与Ｈ２ＳＯ４按摩尔比为１：２～１：１０配制成５００ｍｌ水溶液后将溶液加热到８０～１００℃，再将封装好的试样置于其中，通上直流电流，电流密度为２～６０ ｍＡ／ｃｍ２，电沉积１～５天后取出清洗晾干，剥离出钛基体上块状ＭｎＯ２，然后进行后续处理；（２）研磨：将电化学沉积制备的块状二氧化锰置于研磨罐中，研磨介质选用直径不同的不锈钢球或玛瑙球，球料比为２：１～５０：１，加入聚丙烯酸钠或聚羧酸钠作为分散剂，分散剂用量为占总重量的０．１％～１０％，分散剂可吸附在ＭｎＯ２粉末颗粒表面并产生静电斥力使之分散，防止纳米ＭｎＯ２粉末颗粒发生团聚，加入乙二醇或丙二醇作为研磨助剂，研磨助剂的用量为占总重量的０．１％～３０％，研磨助剂可提高研磨效率，减小能耗，研磨转速５０～１０００转／分，研磨时间控制在１～２４小时；（３）干燥处理：将研磨后的二氧化锰粉末将放入干燥箱中恒温干燥，干燥温度：４０～８０℃；干燥时间１～２４ｈ；（４）低温热处理：将恒温干燥过的二氧化锰粉末放入箱式电阻炉中进行低温热处理，热处理温度：２００～５００℃，热处理时间：１～２４ｈ；热处理完毕即得到水系超级电容器用高稳定性、高比容量和优良导电性能的纳米二氧化锰粉末。...
【技术特征摘要】
1. 一种水系超级电容器用高稳定性纳米二氧化锰粉末的制备方法，其特征是方法步骤为(1)电化学沉积制备二氧化锰粉末a.预处理首先对钛板进行喷砂处理，然后用30 80g/LNaOH溶液洗涤钛板，除去钛板表面的油污，接着将钛板放入质量分数15% 50%的硫酸中浸泡1 10h，最后用浓硫酸进一步刻蚀直到溶液呈深紫色后取出试样，冲洗晾干，刻蚀温度80°C，时间为1. 5h ；b.采用热分解法在经过预处理的钛板上涂覆烧结IrO2中间层配制浓度为0.10 0. 50 mol ^dnT3氯铱酸异丁醇溶液为涂敷液，将涂敷液涂敷于处理好的钛板上，再置于烘箱内50 100°C烘干5 30min，然后于马弗炉内300 600°C烧结10 30min，取出空冷， 重复3 10次，最后一次300 600°C烧结40 90min，获得均勻的钛基IrO2中间层；c.电化学沉积活性二氧化锰镀层其具体步骤为首先把MnS04·H20、MnCl2或醋酸锰与H2SO4按摩尔比为1 2 1 10配制成500ml水溶液后将溶液加热到80 100°C，再将...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶志国，黄广斌，马光，华小珍，周贤良，邹爱华，董应虎，崔霞，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：36
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