一种自支撑石墨烯-氧化锰复合电极材料的制备方法技术

一种自支撑石墨烯-氧化锰复合电极材料的制备方法，其主要是将柔性石墨纸放入电解液，电解装置为直流电源，取两个柔性石墨纸分别连接电源正极和负极，同时两电极平行正对，间距为1cm，缓慢调节电压到1～20V，电解时间为0.5～50min，之后取出阳极的柔性石墨纸，并用蒸馏水冲洗电解部位，将上述冲洗后的柔性石墨纸放入真空干燥箱中烘干。本发明专利技术在柔性石墨纸上获得自支撑的石墨烯，同时氧化锰沉积在石墨烯表面，使得电解沉积一步到位，与传统工艺相比，大大简化了制备流程，提高了效率，降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑石墨烯-氧化锰复合电极材料的制备方法
本专利技术涉及一种电极材料的制备方法。
技术介绍
随着资源短缺和能源危机的到来，开发新型可再生能源已成为全世界共同关注的课题，能量的存储和转化也显得格外重要。在目前的储能装置中，燃料电池、蓄电池和传统电容器已经大规模应用，超级电容器作为一种新型储能装置，弥补了电池低的功率密度和传统电容器低的能量密度的不足，在航空航天、电子通讯等领域有着广泛的应用前景。石墨烯有着大的表面积和高的导电率，是作为超级电容器电极材料理想的选择。但是石墨烯也有容易团聚的不足，这无疑制约着其发展。一些研究者采用将氧化锰与之复合的方法，这样既减少了石墨烯的团聚，同时氧化锰又会贡献大的赝电容(CN102468057A，CN103035417A)。但其制备过程大都费时费力，不能一步到位；同时粉末复合的材料需要在压制在集流体上进行电化学测试，这又使得工艺流程进一步繁琐；样品制备过程有时需加入导电剂、粘结剂，难以保证有效物质的纯净性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简便，成本低廉，能有效避免石墨烯团聚，导电性能良好的自支撑石墨烯-氧化锰复合电极材料的制备方法。本专利技术主要是通过一步法原位电解柔性石墨纸获得以柔性石墨纸为基底的自支撑石墨烯，同时沉积氧化锰，获得自支撑石墨烯-氧化锰复合电极材料。本专利技术的制备方法如下：（1）将柔性石墨纸剪裁成2×2cm的正方形，剪裁成的柔性石墨纸边缘要整齐，柔性石墨纸的两面用环氧树脂封装，仅在其中一面留1×1cm的正方形作为电解部位。（2）在容器中加入电解液，所述电解液是浓度为0.001～0.1mol/L的Mn(CH3COO)2，MnSO4等锰的阳离子可溶性盐溶液，再滴加H2SO4，使溶液的pH值为0.1～6。（3）电解装置为直流电源，取两个经剪裁封装过的柔性石墨纸分别连接电源正极和负极，将两片柔性石墨纸的正方形电解部位完全浸于电解液的液面以下，同时保持电解部位平行正对，电极间距为1cm，两片柔性石墨纸之间的场强要达100V/m以上；开始电解时，缓慢调节电压到1～20V，电解时间为0.5～50min，之后取出阳极的柔性石墨纸，并用蒸馏水冲洗电解部位直至pH值为7。（4）将冲洗后的柔性石墨纸放入真空干燥箱中烘干。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)获得的自支撑石墨烯不易团聚，且与基底结合牢固，增大了电容又减小了电阻；(2)将电解沉积同时进行，一步到位，无需加入导电剂、粘结剂，减少了操作时间，简化了工艺；(3)所得的复合电极材料导电性能良好、性质稳定、成本低廉。附图说明图1是本专利技术实施例1获得的自支撑石墨烯-氧化锰复合电极材料的场发射扫描电镜图。图2是本专利技术实施例1获得的自支撑石墨烯-氧化锰复合电极材料的循环伏安测试图。具体实施方式实施例1将柔性石墨纸用锋利的剪刀剪裁成2×2cm的正方形，剪裁成的柔性石墨纸边缘要整齐，柔性石墨纸的两面用环氧树脂封装，仅在其中一面留1×1cm的正方形作为电解部位。在烧杯中加入20mL0.05mol/L的Mn(CH3COO)2溶液，再滴加H2SO4调节pH值为3。电解装置为直流电源，取两个经剪裁封装过的柔性石墨纸分别连接电源正极和负极，将两片柔性石墨纸的正方形电解部位完全浸于电解液的液面以下，同时保持电解部位平行正对，电极间距为1cm。开始电解时，缓慢调节电压到8V，电解时间为10min，之后取出阳极的柔性石墨纸，并用蒸馏水冲洗电解部位直至pH值为7。将冲洗后的柔性石墨纸放在真空干燥箱中70℃下30min烘干。原位电解后复合电极材料的微观形貌由扫描电镜(SEM)来表征，结果如图1所示，可看出在电解的条件下分层的石墨烯和沉积在表面的氧化锰。如图2所示，将所得的复合电极材料用三电极体系进行循环伏安测试，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片为对电极，本实施例获得的复合电极材料为工作电极，0.5mol/L的Na2SO4溶液作底液，扫描速度分别为100、50、20、10、5、2mV/s，经过计算获得的最大面积比电容为270mF/cm2，最大质量比电容为389F/g。实施例2将柔性石墨纸用锋利的剪刀剪裁成2×2cm的正方形，剪裁成的柔性石墨纸边缘要整齐，柔性石墨纸的两面用环氧树脂封装，仅在其中一面留1×1cm的正方形作为电解部位。在烧杯中加入20mL0.05mol/L的MnSO4溶液，再滴加H2SO4调节pH值为3。电解装置为直流电源，取两个经剪裁封装过的柔性石墨纸分别连接电源正极和负极，将两片柔性石墨纸的正方形电解部位完全浸于电解液的液面以下，同时保持电解部位平行正对，电极间距为1cm。开始电解时，缓慢调节电压到8V，电解时间为10min，之后取出阳极的柔性石墨纸，并用蒸馏水冲洗电解部位直至pH值为7。将冲洗后的柔性石墨纸放在真空干燥箱中80℃下30min烘干。实施例3将柔性石墨纸用锋利的剪刀剪裁成2×2cm的正方形，剪裁成的柔性石墨纸边缘要整齐，柔性石墨纸的两面用环氧树脂封装，仅在其中一面留1×1cm的正方形作为电解部位。在烧杯中加入20mL0.05mol/L的MnSO4溶液，再滴加H2SO4调节pH值为6。电解装置为直流电源，取两个经剪裁封装过的柔性石墨纸分别连接电源正极和负极，将两片柔性石墨纸的正方形电解部位完全浸于电解液的液面以下，同时保持电解部位平行正对，电极间距为1cm。开始电解时，缓慢调节电压到10V，电解时间为20min，之后取出阳极的柔性石墨纸，并用蒸馏水冲洗电解部位直至pH值为7。将冲洗后的柔性石墨纸放在真空干燥箱中70℃下30min烘干。实施例4将柔性石墨纸用锋利的剪刀剪裁成2×2cm的正方形，剪裁成的柔性石墨纸边缘要整齐，柔性石墨纸的两面用环氧树脂封装，仅在其中一面留1×1cm的正方形作为电解部位。在烧杯中加入20mL0.001mol/L的Mn(CH3COO)2溶液，再滴加H2SO4调节pH值为5。电解装置为直流电源，取两个经剪裁封装过的柔性石墨纸分别连接电源正极和负极，将两片柔性石墨纸的正方形电解部位完全浸于电解液的液面以下，同时保持电解部位平行正对，电极间距为1cm。开始电解时，缓慢调节电压到20V，电解时间为30min，之后取出阳极的柔性石墨纸，并用蒸馏水冲洗电解部位直至pH值为7。将冲洗后的柔性石墨纸放在真空干燥箱中70℃下30min烘干。实施例5将柔性石墨纸用锋利的剪刀剪裁成2×2cm的正方形，剪裁成的柔性石墨纸边缘要整齐，柔性石墨纸的两面用环氧树脂封装，仅在其中一面留1×1cm的正方形作为电解部位。在烧杯中加入20mL0.1mol/L的Mn(CH3COO)2溶液，再滴加H2SO4调节pH值为6。电解装置为直流电源，取两个经剪裁封装过的柔性石墨纸分别连接电源正极和负极，将两片柔性石墨纸的正方形电解部位完全浸于电解液的液面以下，同时保持电解部位平行正对，电极间距为1cm。开始电解时，缓慢调节电压到8V，电解时间为40min，之后取出阳极的柔性石墨纸，并用蒸馏水冲洗电解部位直至pH值为7。将冲洗后的柔性石墨纸放在真空干燥箱中80℃下30min烘干。实施例6将柔性石墨纸用锋利的剪刀剪裁成2×2cm的正方形，剪裁成的柔性石墨纸边缘要整齐，柔性石墨纸的两面用环氧树脂封装，仅在其中一面留1×1cm的正方形作为电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自支撑石墨烯‑氧化锰复合电极材料的制备方法，其特征在于：（1）将柔性石墨纸剪裁成2×2cm的方形，剪裁成的柔性石墨纸边缘要整齐，柔性石墨纸的两面用环氧树脂封装，仅在其中一面留1×1cm的正方形作为电解部位。（2）在容器中加入电解液，所述电解液是浓度为0.001～0.1mol/L的Mn(CH3COO)2，MnSO4等锰的阳离子可溶性盐溶液，再滴加H2SO4调节溶液的pH值为0.1～6。（3）电解装置为直流电源，取两个经剪裁封装过的柔性石墨纸分别连接电源正极和负极，将两片柔性石墨纸的正方形电解部位完全浸于电解液的液面以下，同时保持电解部位平行正对，电极间距为1cm，两片柔性石墨纸之间的场强要达100V/m以上；开始电解时，缓慢调节电压到1～20V，电解时间为0.5～50min，之后取出阳极的柔性石墨纸，并用蒸馏水冲洗电解部位直至pH值为7。（4）将冲洗后的柔性石墨纸放入真空干燥箱中烘干。

【技术特征摘要】
1.一种自支撑石墨烯-氧化锰复合电极材料的制备方法，其特征在于：(1)将柔性石墨纸剪裁成2×2cm的方形，剪裁成的柔性石墨纸边缘要整齐，柔性石墨纸的两面用环氧树脂封装，仅在其中一面留1×1cm的正方形作为电解部位；(2)在容器中加入电解液，所述电解液是浓度为0.001～0.1mol/L的Mn(CH3COO)2或MnSO4锰的阳离子可溶性盐溶液，再滴加H2SO4调节溶液的pH值为0.1～6；(3)电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳辉，辛国祥，藏建兵，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13