一种二氧化锰/石墨烯超结构电极及其制备方法技术

本发明专利技术一种二氧化锰/石墨烯超结构电极及其制备方法，属于电化学储能技术中电极制备领域；电极包括具有螺旋24面体Gyroid结构的石墨烯载体，以及二氧化锰层。首先设计螺旋24面体(Gyroid)超结构模板，将紫外光固化树脂与二氧化硅颗粒混合进行光聚合打印得到树脂模板；对树脂模板进行脱脂和烧结，将光聚合物去除，得到二氧化硅超结构模板。然后采用化学气相沉积法在二氧化硅超结构模板表面生长石墨层。之后，用氢氟酸水溶液腐蚀掉二氧化硅，得到石墨烯超结构电极，在石墨烯超结构电极表面生长二氧化锰纳米片，形成二氧化锰/石墨烯超结构电极。螺旋二十四面体结构拥有连续曲面，二氧化锰层能在其上均匀沉积，且具有高比表面积，活性物质负载量可达20～100mgcm

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化锰/石墨烯超结构电极及其制备方法
本专利技术属于电化学储能技术中电极制备领域，具体涉及一种二氧化锰/石墨烯超结构电极及其制备方法。
技术介绍
常见的储能器件包括锂离子电池和超级电容器，其性能优劣主要由电极材料和活性物质决定。石墨烯作为热度最高的电极材料之一，拥有高比面积、高导电率和导热率，可以加强储能系统的容量和充放电速度，并且稳定性极好。以MnO2为电极活性物质，可以提高器件的电压窗口，构筑具有高体积能量密度的超级电容器。3D打印又称增材制造，是一个直接依据计算机辅助设计(CAD)模型逐层制造三维物体的过程，不需要特定的零件加工。现有3D打印技术包括挤出式，熔融固化式，光固化式等，已有的3D石墨烯电极多用挤出式3D打印技术，将石墨烯混入打印墨水通过针头打印，之后冷冻干燥固化制成。挤出式打印的3D石墨烯电极的精度可达到几百微米。运用3D打印能够精确地控制电极的形状和厚度，通过控制打印材料的粘度和打印速度，打印出各种形状的三维电极。与传统的二维电极相比，3D电极拥有能量密度高，离子传输距离短等优势。目前报道有3D打印的线状、梳状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化锰/石墨烯超结构电极，其特征在于：包括具有螺旋24面体Gyroid结构的石墨烯载体，以及生长在所述石墨烯载体上的二氧化锰层。/n

【技术特征摘要】
1.一种二氧化锰/石墨烯超结构电极，其特征在于：包括具有螺旋24面体Gyroid结构的石墨烯载体，以及生长在所述石墨烯载体上的二氧化锰层。


2.根据权利要求1所述二氧化锰/石墨烯超结构电极，其特征在于：所述电极的体积为2.7×1×0.2cm3，密度为30～100mgcm3。


3.一种权利要求1所述二氧化锰/石墨烯超结构电极的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：制做树脂模板：通过计算机软件设计螺旋24面体Gyroid超结构模板，采用高分辨率数字光处理DigitalLightProcessing技术，将紫外光固化树脂与陶瓷颗粒混合浆料进行光聚合3D打印制备得到树脂模板；
步骤二：制做二氧化硅超结构模板：3D打印完成后，对所述树脂模板进行脱脂和烧结，将光聚合物完全去除，得到二氧化硅超结构模板；
步骤三：制做石墨烯超结构电极：采用化学气相沉积法在所述二氧化硅超结构模板表面生长石墨烯片层；之后，用氢氟酸水溶液腐蚀掉二氧化硅，在氮气环境下进行冷冻干燥，得到石墨烯超结构电极；
步骤四：制作二氧化锰/石墨烯超结构电极：将0.158g～0.474g的KMnO4、0.5mLHCl溶于35mL蒸馏水中，搅拌形成均匀溶液，然后将溶液转移到一个50毫升的特氟隆内衬不锈钢高压釜中；将步骤三所得的所述石墨烯超结构电极浸泡在溶液中，在85℃下维持20min，得到MnO2的质量负荷为16～53.1mgcm-2的二氧化锰/石墨烯超结构电极。


4.根据权利要求3所述二氧化锰/石墨烯超结构电极的制备方法，其特征在于：所述步骤一中螺旋24面体超结构模板尺寸为27×10×2mm3，重复单元边长为6.23mm，曲面厚度为0.66mm；通过软件进行分层，生成打印路径，采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：官操，唐晓琬，曹庆贺，杜俊杰，徐茜，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61