【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电容器，涉及一种铁酸镁-二氧化锰超级电容器及其制备方法。
技术介绍
1、超级电容器按照其储能原理，通常分为双电层超级电容器，赝电容超级电容器及混合超级电容器。其中，使用碳基材料的双电层超级电容器能量密度较小，能量密度更高的赝电容超级电容器受到了广泛的关注。
2、赝电容超级电容器的正极材料主要为金属氧化物、金属氢氧化物或导电聚合物；负极仍主要使用碳材料，如活性炭、石墨烯等。然而，活性炭、石墨烯等碳材料的比电容远低于赝电容正极材料。正负极比电容的巨大差距，会造成一系列问题：电容器的工作电压范围取决于电解液以及各组件的电化学稳定窗口。当赝电容正极材料与双电层负极材料配合时，如果电容器正负极活性物质质量相当，则比电容较小的负极会更早达到电压窗口极限，比电容较大的正极容量只能发挥一小部分。如果相应的改变正负极活性材料质量比，则可能导致负极载量过大或正极载量过小，影响电容器性能。
3、解决这一问题的可行手段，是在负极同样使用电池型赝电容材料替代碳材料，与赝电容正极材料容量匹配，平衡正负极材料质量与容量。
技术实现思路
1、本专利技术公开了一种铁酸镁-二氧化锰超级电容器及其制备方法。使用铁酸镁这种具有高比容量和快速的电化学反应机理的赝电容电极材料，可以平衡正负极活性物质比容量。使用耐高电压的水基电解液，提高工作电压(可达2.3v，明显高于水基电解液一般的约1.4v)。二者综合作用可以使超级电容器达到较高的能量密度。
2、本专利技术提供一种铁酸镁-
3、进一步，所述电容器的负极活性物质铁酸镁的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)制备溶胶：量取适量去离子水放入反应容器中；称取摩尔比1：2：3的硝酸镁、硝酸铁和柠檬酸；先将硝酸镁、硝酸铁溶入水中，再将柠檬酸溶入水中；加热搅拌至液体澄清；再加入去离子水质量5％的丙烯酰胺，1％n,n'-亚甲基双丙烯酰胺以及0.6％的过硫酸铵；继续搅拌至溶液透明；之后在通风橱中逐滴加氨水调节ph至溶液变为黄绿色，得到溶胶；
5、(2)制备凝胶：将得到的溶胶放置于70℃的烘箱中保温半个小时，形成凝胶，之后在80℃保温24h，使其水分蒸发形成干凝胶；
6、(3)高温煅烧：将干凝胶粉碎放置于坩埚中；置入马弗炉在200℃，升温速率5℃/min，进行3h预烧；在坩埚内形成疏松多孔的黑色前驱物；待样品冷却至室温，将其研磨成细粉状，放置于坩埚中，以5℃/min升温速率加热至800℃，进行5h煅烧，等待冷却到室温得到红棕色粉末，即铁酸镁；
7、进一步，所述电容器的负极极片的预处理方法，包括以下步骤：
8、(1)涂布极片：将制备的铁酸镁粉末与炭黑导电剂、pvdf粘结剂按照质量比7：2：1称量后混合均匀，加入n-甲基吡咯烷酮溶剂并研磨均匀至粘稠状得到浆料；将浆料涂布于铝箔上，厚度为100μm；涂片完成的铝箔在60℃鼓风干燥箱干燥6h；等待铝箔上的活性物质干燥完全之后，再将其放入真空干燥箱，于110℃保温6h，得到铁酸镁极片；
9、(2)负极极片的预处理：将得到铁酸镁极片进行预锂化处理；安装电化学反应池，将1m lipf6溶入ec+dmc溶剂作为电解液，将铁酸镁极片作为正极置入反应池中，将锂片片作为负极置入反应池中；将正负极接入测试仪，反应池可作为电源自发反应放电；将铁酸镁电极片充分放电至正负极电压为0v，之后将反应池进行若干次充放电循环，使铁酸镁充分锂化，即完成所述电容器的负极极片的预处理。
10、进一步，所述电容器的正极极片的制备方法，包括以下步骤：
11、(1)用共沉淀法或水热法制备二氧化锰纳米颗粒；
12、(2)均匀混合质量比为7：1：1：1的二氧化锰、炭黑、羧基化碳纳米管、粘结剂，进行研磨，分次加入适量溶剂n-甲基吡咯烷酮，再进行研磨直至浓度合适且无黑色颗粒，得到二氧化锰浆料；
13、(3)裁取合适大小的酒精清洁过的铝箔，将二氧化锰浆料涂布于铝箔上，厚度为100μm；之后放入干燥箱中，60℃干燥6h，干燥后即得所述电容器的正极极片。
14、进一步，所述电容器的电解液的制备方法，包括以下步骤：
15、(1)称取适量双三氟甲烷磺酰亚胺锂(litfsi)，量取适量纯净水，使litfsi与水的质量比为6：1；
16、(2)将量取的水灌玻璃容器中，将litfsi少量多次加入容器，加热并不断搅拌，直到完全溶解即得所述电容器的电解液。
17、有益效果：
18、铁酸镁(mgfe2o4)电极材料由于其良好的容量与充放电性能，是可行的超级电容器负极材料。使用铁酸镁电极材料作为电容器负极(阳极)，二氧化锰电极材料作为正极(阴极)，使正负极材料比容量相近，能够充分发挥材料容量，提高能量密度。
19、本专利申请中采用铁酸镁，不同于其它铁酸镍锰钴等材料：1.铁酸镁材料用作电容器负极，不使用活性炭电极。2.使用耐高电压的水基电解液，提高工作电压(可达2.3v，明显高于水基电解液一般的约1.4v)。3.不使用镍锰钴等昂贵或有污染的元素。
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1.一种铁酸镁-二氧化锰超级电容器，其特征在于，所述电容器为赝电容超级电容器，使用铁酸镁MgFe2O4材料作为负极活性物质；使用二氧化锰MnO2材料作为正极活性物质；使用耐高电压的水基电解液。
2.根据权利要求1所述的一种铁酸镁-二氧化锰超级电容器，其特征在于，所述电容器的负极活性物质铁酸镁的制备方法，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种铁酸镁-二氧化锰超级电容器，其特征在于，所述电容器的负极极片的预处理方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种铁酸镁-二氧化锰超级电容器，其特征在于，所述电容器的正极极片的制备方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种铁酸镁-二氧化锰超级电容器，其特征在于，所述电容器的电解液的制备方法，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种铁酸镁-二氧化锰超级电容器，其特征在于，所述电容器为赝电容超级电容器，使用铁酸镁mgfe2o4材料作为负极活性物质；使用二氧化锰mno2材料作为正极活性物质；使用耐高电压的水基电解液。
2.根据权利要求1所述的一种铁酸镁-二氧化锰超级电容器，其特征在于，所述电容器的负极活性物质铁酸镁的制备方法，包括以下步骤：
3.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔远韬，刘文凤，李向南，董红玉，尹艳红，杨书廷，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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