一种碳纳米管掺杂复合电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于超级电容器电极材料技术领域，具体涉及一种用于超级电容器的多孔高比电容复合电极材料及其制备方法。具体包括以下步骤：（1）取氯铱酸（H2IrCl6·6H2O含铱35wt%）和氯化锰（MnCl2）按一定金属摩尔比溶解于无水乙醇中；（2）取适量碳纳米管加入H2IrCl6·6H2O和MnCl2的混合溶液中；（3）取适量涂液对钛板进行单面涂刷，获得不同碳纳米管含量的IrO2‑MnO2‑CNT/Ti电极。本发明专利技术所制备的复合电极材料通过加入适量的碳纳米管能够有效改善电极的电容性能，在碳纳米管加入量为5 mg/ml时达到最好。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管掺杂复合电极材料及其制备方法
本专利技术属于超级电容器电极材料
，具体涉及一种用于超级电容器的多孔高比电容复合电极材料及其制备方法。
技术介绍
在21世纪，能量的储存面临着重要的技术挑战，超级电容器作为一种实用、高效、新型的能量储存的设备，可以在保持较大功率密度的情况下同时提供较好的能量密度。由于其使用寿命长，绿色环保而受到人们的广泛关注。超级电容器具有的许多其他方面的优异性能——持续充放电性能、较好的稳定性和较大的比电容，使超级电容器可以用于制备新型电动汽车的储能装置，解决困扰人类的石油枯竭等能源问题。电极是超级电容器的重要组成部分，电极存储电荷的能力决定了超级电容器性能的好坏，影响电极存储电荷的最主要因素是电极材料的成分和结构。目前在碳材料、导电聚合物、金属氧化物上已经进行了许多研究，想要制备较高比电容的复合电极，通常需要具有分层多孔结构、较为适中的结晶度、较小的氯化物含量、较大的活性氧化物含量，较好的附着力和较大的比表面积，单一电极材料制备的超级电容器已经难以满足社会对能源的需求。IrO2耐蚀性强、电化学活性以及尺寸较稳定，目前已应用于工业中，如钌-铱(Ti/RuO2-IrO2)阳极；锰氧化物(MnOx)具有良好的耐腐蚀性，低耗能，低毒性，高理论比电容，且锰的加入能够大大降低成本；碳材料因其资源丰富而被最早发现并用来制备电极材料，碳纳米管理想的具有圆柱形状的多孔碳，具有的理论上高的表面积，受到了大家的广泛关注。因此将以上三种材料结合制备复合电极，希望结合三种材料的优点，制备出电容性能更加优异的复合电极。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种电容性能更加优异的的掺杂碳纳米管的IrO2-MnO2/Ti复合电极材料及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种掺杂碳纳米管的IrO2-MnO2/Ti复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将工业纯钛板TA1浓硫酸中刻蚀，水洗烘干后置于无水乙醇中备用。（2）取氯铱酸（H2IrCl6·6H2O含铱35wt%）和氯化锰按一定金属摩尔比溶解于无水乙醇中，超声震荡，混合均匀。（3）取适量碳纳米管加入H2IrCl6·6H2O和MnCl2的混合溶液中，同时准备不添加碳纳米管的H2IrCl6·6H2O和MnCl2的混合溶液作为对比试样，超声震荡后制成涂液。（4）取适量步骤（3）所得涂液对钛板进行涂刷，待涂覆均匀后将钛板放在红外灯下烘干10min，置于350℃的马弗炉中预氧化10min，空冷后重复上述涂覆过程，最后将样品在350℃的退火温度下保温1h，获得不同碳纳米管含量的IrO2-MnO2-CNT/Ti电极。其中步骤（1）为了使活性涂层与钛基体结合得更为牢固、增加电极表面积和减缓钛基体表面钝化，通常需要对钛基体进行预处理，去除表面的油污、清理表面可能存在的氧化物。步骤（2）中铱与锰的金属摩尔比为x:（1-x）,其中x范围为（0~10）。步骤（3）中碳纳米管与H2IrCl6·6H2O和MnCl2的混合溶液之间的料液比为5，单位mg/ml。步骤（4）中每次取1.2~6μL/cm2步骤（3）中的溶液对钛板进行单面涂刷。随着碳纳米管添加量的增加电极的比电容呈现先增加后减小的趋势，在碳纳米管添加量为5mg/ml时达到了最大，为1014F/g。加入的碳纳米管改变了IrO2和MnO2的分散和生长方式，使得IrO2-MnO2/Ti电极的组织形貌发生了较大的影响。且CNT的加入提高了复合氧化物的导电性，Rct减小，促进电子的转移，所以，开始时，随着碳纳米管添加量的增多，电极的比电容呈现增加的趋势。当碳纳米管添加量较大时，电极的氧化峰向正向偏移，还原峰向负向偏移，氧化还原峰强度减弱，电极的赝电容性能明显降低，这些因素导致了碳纳米管添加量较高时电极的电容性能开始降低。因此制备碳纳米管电极时要选取合适的碳纳米管添加量，这样才能在保持较大赝电容的同时涂层导电性也有一定的提高，从而使制备电极的比电容达到最好。最后，与未添加时相比，添加碳纳米管的IrO2-MnO2/Ti电极的循环稳定性有所降低。本专利技术的显著优点在于：（1）采用热分解法制备复合材料电极，工艺简单，周期短，利于减少工业应用成本；（2）碳纳米管的加入增大了IrO2-MnO2/Ti电极的电导率、比表面积、孔容量，同时电极的比电容得到了显著的提高；且碳纳米管的加入改变了IrO2和MnO2的分散和生长方式，使得IrO2-MnO2/Ti电极的组织形貌发生了较大的变化；（3）复合材料电极，解决克服了单一材料的缺点，极大的提高了材料的综合性能；（4）本专利技术选择的碳纳米管资源丰富价格低廉，工艺稳定，具有较好的可重复性。附图说明图1不同碳纳米管含量制备的IrO2-MnO2/Ti电极的组织形貌图；(a)0mg/ml；(b)2mg/ml；(c)5mg/ml；(d)8mg/ml；(e)10mg/ml；图2不同碳纳米管含量制备IrO2-MnO2/Ti电极的XRD图谱；图3不同碳纳米管含量制备的IrO2-MnO2/Ti电极的；(a)充放电曲线；(b)比电容；图4扫描速度25mv/s下不同碳纳米管含量制备的IrO2-MnO2/Ti电极的循环伏安曲线；图5不同碳纳米管含量制备的IrO2-MnO2/Ti电极的循环寿命。具体实施方式实施例1（1）选用厚度为1mm工业纯钛板TA1为基材，用线切割机进行裁剪，得到尺寸大小为10mm×10mm×1mm的钛板，在0.2~0.8mol/L浓硫酸中刻蚀1h~2h，水洗烘干后置于无水乙醇中备用。（2）取氯铱酸（H2IrCl6·6H2O含铱35%）和氯化锰（MnCl2）按Ir:Mn=4:6摩尔比溶解于无水乙醇中，将溶液超声震荡30min，混合均匀。（3）取0mg碳纳米管加入1ml的H2IrCl6·6H2O和MnCl2的混合溶液中，将上述溶液超声30min后制成涂液。（4）取适量涂液对钛板进行单面涂刷，待涂覆均匀后将钛板放在红外灯下烘干10min，置于350℃的马弗炉中预氧化10min，空冷后重复上述涂覆过程5次，直到Ir涂覆的载量为0.8mg/cm2，最后将样品在350℃的退火温度下保温1h，获得0mg/ml碳纳米管添加量的IrO2-MnO2-CNT/Ti电极。实施例2（1）选用厚度为1mm工业纯钛板TA1为基材，用线切割机进行裁剪，得到尺寸大小为10mm×10mm×1mm的钛板，在0.2~0.8mol/L浓硫酸中刻蚀1h~2h，水洗烘干后置于无水乙醇中备用。（2）取氯铱酸（H2IrCl6·6H2O含铱35%）和氯化锰（MnCl2）按Ir:Mn=4:6摩尔比溶解于无水乙醇中，将溶液超声震荡30min，混合均匀。（3）取2mg碳纳米管加入1ml的H2IrCl6·6H2O和MnCl2的混合溶液中，将上述溶液超声30min后制成涂液。（4）取适量涂液对钛板进行单面涂刷，待涂覆均匀后将钛板放在红外灯下烘干10min，置于350℃的马弗炉中预氧化10min，空冷后重复上述涂覆过程5次，直到Ir涂覆的载量为0.8mg/cm2，最后将样品在350℃的退火温度下保温1h，获得2mg/ml碳纳米管添加量的IrO2-MnO2-CNT/Ti电极。实施例3（1）选用厚度为1mm工业纯钛板TA1为基材，用线切割机进行裁剪，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管掺杂的IrO2‑MnO2/Ti复合电极材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：（1）将工业纯钛板TA 1在硫酸中刻蚀，水洗烘干后置于无水乙醇中备用；（2）取氯铱酸和氯化锰按一定金属摩尔比溶解于无水乙醇中，超声震荡，混合均匀；（3）取碳纳米管加入H2IrCl6·6H2O 和MnCl2的混合溶液中，超声震荡30min，制成涂液；（4）取上述步骤（3）所得涂液对钛板进行涂刷，待涂覆均匀后将钛板放在红外灯下烘干10 min，置于马弗炉中预氧化，空冷后重复上述涂覆过程，最后将样品退火，获得不同碳纳米管含量的IrO2‑MnO2‑CNT/Ti电极。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管掺杂的IrO2-MnO2/Ti复合电极材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：（1）将工业纯钛板TA1在硫酸中刻蚀，水洗烘干后置于无水乙醇中备用；（2）取氯铱酸和氯化锰按一定金属摩尔比溶解于无水乙醇中，超声震荡，混合均匀；（3）取碳纳米管加入H2IrCl6·6H2O和MnCl2的混合溶液中，超声震荡30min，制成涂液；（4）取上述步骤（3）所得涂液对钛板进行涂刷，待涂覆均匀后将钛板放在红外灯下烘干10min，置于马弗炉中预氧化，空冷后重复上述涂覆过程，最后将样品退火，获得不同碳纳米管含量的IrO2-MnO2-CNT/Ti电极。2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管掺杂的IrO2-MnO2/Ti复合电极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中铱与锰的金属摩尔比为x:（1-x...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵艳群，郭洁，高嘉欣，马琼琼，冯珂珂，张燕斌，陈孔发，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35