【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学储能，具体涉及一种用于混合超级电容器的改性聚苯胺包覆二氧化锰电极及其制备方法。
技术介绍
1、随着绿色发展模式的提出，太阳能、风能、潮汐能等已成为当下重要的能源组成部分。这些新型能源往往具有能量产出不稳定，输出持续性差等缺点，急需开发新型储能器件确保绿色能源的持续稳定产出。目前应用较多的储能器件主要有具有高能量密度的锂离子电池与具有高功率密度和优秀循环稳定性的超级电容器。然而锂离子电池较低的功率密度与超级电容器较低的能量密度难以同时满足某些特定储能场景对高功率密度和高能量密度的需求。在这一需求下，混合超级电容器的概念应运而生。混合超级电容器由电池型电极与电容型电极构成，综合了锂离子电池高能量密度与超级电容器高功率密度的优势。
2、二氧化锰作为一种可以用于混合超级电容器的电池型电极材料，具有理论比容量高，对环境无污染等优点，但二氧化锰本身电子导电性差，结构不稳定，使得其良好的电容性能在反应过程中不能充分发挥。如何改善二氧化锰电化学行为，提高其比容量成为研究的关键。将导电聚合物包覆在二氧化锰表面是一种优化其电化学性能的可行策略。在众多导电聚合物之中，聚苯胺被认为是一种优秀的赝电容活性材料，其具有高理论比容量，独特的导电机制与优异的电化学性能。然而聚苯胺易于团聚，从而导致与二氧化锰结合不够紧密，使得聚苯胺包覆二氧化锰电极材料在循环稳定性方面存在一定缺陷。he等人制备的聚苯胺包覆二氧化锰电极用于混合超级电容器时，能量密度可达到40wh kg-1，然而在10macm-2的电流密度下循环1000圈后，其容量仅
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于混合超级电容器的改性聚苯胺包覆二氧化锰电极制备方法，主要通过两段式电沉积法完成。首先通过电沉积法将二氧化锰沉积在碳纸上，制备得到二氧化锰碳纸复合电极作为后续导电聚合物包覆的前驱体。后续配置具有铜离子掺杂的苯胺电沉积溶液，将二氧化锰碳纸复合电极在改性苯胺溶液中进行二次沉积，制备得到具有铜离子改性聚苯胺包覆的二氧化锰电极。本专利技术通过调控电沉积溶液浓度与电沉积时间，可以控制改性聚苯胺在二氧化锰表面包覆。经过铜离子改性后的聚苯胺在二氧化锰表面分布更加均匀，使得该复合电极具有更好的循环稳定性。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种用于混合超级电容器的改性聚苯胺包覆二氧化锰电极制备方法，包括如下步骤：
4、1)：将碳纸依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声处理，预处理后的碳纸干燥备用；
5、2)：将醋酸锰与硫酸钠溶于去离子水中，搅拌均匀后得到用于在碳纸上沉积二氧化锰的电沉积液；
6、3)：以步骤1)得到的碳纸为工作电极，以铂片电极为对电极，在步骤2)得到的电沉积液中以两电极体系循环伏安法进行电沉积操作得到二氧化锰碳纸复合电极，作为后续导电聚合物包覆的前驱体；
7、4)：将硫酸铜溶解于硫酸溶液中，取苯胺逐滴加入到溶液中并不断搅拌，制备得到铜离子改性苯胺电沉积溶液；
8、5)：以步骤3)得到的二氧化锰碳纸电极为工作电极，以铂片电极为对电极，在步骤4)得到的铜离子改性苯胺电沉积溶液中以两电极体系循环伏安法进行二次电沉积操作，得到具有铜离子改性聚苯胺包覆的二氧化锰电极。
9、所述的步骤2)：醋酸锰摩尔浓度为0.05-0.15moll-1，保证醋酸锰与硫酸钠摩尔浓度之比为1:0.8-1.2之间。
10、所述的步骤3)：两电极电沉积法采用上压设置在0.8-1.0v之间，下压设置在-0.1-0.1v之间，循环25-35圈。
11、所述的步骤4)：配置得到的改性苯胺电沉积溶液中，硫酸摩尔浓度为0.15-0.25mol l-1，硫酸铜摩尔浓度为0.1-0.2mol l-1，苯胺摩尔浓度为0.05-0.15mol l-1。
12、所述的步骤5)：两电极电沉积法采用电压上压设置在0.8-1.0v之间，下压设置在-0.25-0v之间，循环15-25圈。
13、本专利技术采用两段式电沉积法，通过步骤3与步骤5两步电沉积过程，引入铜离子对聚苯胺进行改性，并将改性后的聚苯胺包覆在二氧化锰碳纸电极表面。聚苯胺可以改善二氧化锰导电性，增强其结构稳定性。铜离子的引入使得聚苯胺与二氧化锰之间的复合更加稳固，增强了循环稳定性，并进一步减少了电极材料内阻。
14、与现有技术相比，本专利技术的创新之处体现在利用铜离子改性聚苯胺包覆技术制备出具有优秀混合超级电容器性能的二氧化锰基电极。该电极在单电极体系下稳定工作电压范围可到0-1.1v，在0.5ag-1的电流密度下质量比容量可达175fg-1，其等效串联电阻仅为1.85ω。在混合超级电容器体系下，由该电极与活性炭电极组装而成的混合超级电容器在1ag-1的电流密度下，能量密度可以达到50.52whkg-1，功率密度可达850wkg-1。当电流密度升高至10ag-1时，其能量密度仍有29.18whkg-1，功率密度可达8470wkg-1。同时在10ag-1下循环2000圈后仍有95.3％容量保留率。本专利技术制备得到的用于混合超级电容器的改性聚苯胺包覆二氧化锰电极具有优秀的电化学性能。
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1.用于混合超级电容器的改性聚苯胺包覆二氧化锰电极制备方法，包括如下步骤：
2.如权利要求书1所述的用于混合超级电容器的改性聚苯胺包覆二氧化锰电极制备方法，其特征是，步骤2)：醋酸锰浓度为0.05-0.15molL-1，保证醋酸锰与硫酸钠浓度之比为1:0.8-1.2之间。
3.如权利要求书1所述的用于混合超级电容器的改性聚苯胺包覆二氧化锰电极制备方法，其特征是，步骤3)：两电极电沉积法采用上压设置在0.8-1.0V之间，下压设置在-0.1-0.1V之间，循环25-35圈。
4.如权利要求书1所述的用于混合超级电容器的改性聚苯胺包覆二氧化锰电极制备方法，其特征是，步骤4)：配置得到的改性苯胺电沉积溶液中，硫酸浓度为0.15-0.25mol L-1，硫酸铜浓度为0.1-0.2mol L-1，苯胺浓度为0.05-0.15mol L-1。
5.如权利要求书1所述的用于混合超级电容器的改性聚苯胺包覆二氧化锰电极制备方法，其特征是，步骤5)：两电极电沉积法采用电压上压设置在0.8-1.0V之间，下压设置在-0.25-0V之间，循环15-25圈。
...【技术特征摘要】
1.用于混合超级电容器的改性聚苯胺包覆二氧化锰电极制备方法，包括如下步骤：
2.如权利要求书1所述的用于混合超级电容器的改性聚苯胺包覆二氧化锰电极制备方法，其特征是，步骤2)：醋酸锰浓度为0.05-0.15moll-1，保证醋酸锰与硫酸钠浓度之比为1:0.8-1.2之间。
3.如权利要求书1所述的用于混合超级电容器的改性聚苯胺包覆二氧化锰电极制备方法，其特征是，步骤3)：两电极电沉积法采用上压设置在0.8-1.0v之间，下压设置在-0.1-0.1v之间，循环25-35圈...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓红，郑超逸，刘弘尧，赵颖洁，任俊波，惠书源，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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