介孔二氧化锰材料、其制备方法及超级电容器技术

本发明专利技术提供了一种介孔二氧化锰材料，所述介孔二氧化锰材料的粒子为类球形，所述粒子表面具有介孔和棱状凸起，所述介孔的孔径为5nm～30nm，所述粒子的比表面积为120m2/g～160m2/g。本发明专利技术还提供了一种介孔二氧化锰材料的制备方法，包括以下步骤：将高锰酸钾溶液和抗坏血酸溶液混合，搅拌的条件下发生反应，得到介孔二氧化锰材料，所述高锰酸钾和所述抗坏血酸的摩尔比为10∶(1～8)。本发明专利技术还提供了一种超级电容器。本发明专利技术提供的介孔二氧化锰材料具有类似于核桃的表面形貌，其BET比表面积较大，电化学性能良好，尤其具有较高的单位比表面积比电容。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超级电容器
，尤其涉及一种介孔二氧化锰材料、其制备方法及超级电容器。
技术介绍
超级电容器，又称为电化学电容器，是一种新型电存储设备，具有功率密度高、瞬时充放电、可逆性优良、循环寿命长等优点而获得广泛关注和研究，在电动汽车、移动通讯、国防科技、航天航空等领域具有良好的应用前景。电极材料是超级电容器的核心，能够影响超级电容器的比电容等性能。现有技术公开了多种用于超级电容器的电极材料，如碳材料、金属氧化物材料、导电聚合物等，其中，金属氧化物具有良好的电子电导性、较易进行电子和质子跃迁等优点，能够使得超级电容 器具有较好的能量密度而获得了广泛研究。氧化钌是目前研究最为成功的超级容器金属氧化物类电极材料，其具有良好的导电性和较高的比容量，如其比电容值可达到760F/g，但是，氧化钌不仅价格昂贵、毒性大，而且仅能用于强酸性电解液中。在可替代氧化钌作为电极材料的过渡金属氧化物中，二氧化锰由于具有价格低廉、来源丰富、对环境友好、电化学窗口宽、电化学性能良好等优点而被认为是最有发展潜力的电极材料之一。研究表明，二氧化猛的电化学性质与其晶体结构、形貌、表面积、孔结构等物理性质密切相关，具有较大表面积的中空结构或孔结构的二氧化锰一般具有优良的电化学性质。现有技术公开了多种二氧化锰电极材料及其制备方法，如申请号为200610113421. 0的中国专利文献公开了一种具有蜂窝状结构的二氧化锰纳米球，其蜂窝的孔径为介孔尺寸，该二氧化锰材料由高锰酸钾和油酸反应得到，制备较为简单，但比表面积较低，仅为60m2/g 80m2/g。申请号为200810150714. 5的中国专利文献公开了一种二氧化锰介孔材料及其制备方法，首先以硝酸锰、氢氧化钠和过氧化氢为原料制备得到Na型层状氧化锰；再将该Na型层状二氧化锰与盐酸反应，得到H型层状二氧化锰；再用四甲基氢氧化铵将所述H型层状二氧化锰剥离，配制成二氧化锰纳米层溶胶溶液后加入可溶于水的二价锰盐，反应后得到二价锰粒子插层的层状氧化锰；再加入无机碱和过氧化氢将所述二价锰离子插层的层状氧化锰氧化，将得到二氧化锰柱撑层状氧化锰焙烧后得到二氧化锰介孔材料，该方法不仅工艺复杂、操作繁琐，而且得到的二氧化锰的介孔材料的比表面积仅能够提高至80m2/g 120m2/g。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种介孔二氧化锰材料、其制备方法及超级电容器，本专利技术提供的介孔二氧化锰材料具有较高的比表面积和优良的电化学性能，本专利技术提供的制备方法简单、快速。本专利技术提供了一种介孔二氧化锰材料，所述介孔二氧化锰材料的粒子为类球形，所述粒子表面具有介孔和棱状凸起，所述介孔的孔径为5nm 30nm，所述粒子的比表面积为 120m2/g ~ 160m2/go优选的，所述介孔二氧化锰材料的粒径为200nm 800nm。与现有技术相比，本专利技术提供的介孔二氧化锰材料的粒子为类球形，所述粒子表面具有介孔和棱状凸起，所述介孔的孔径为5nm 30nm,所述粒子的比表面积为120m2/g 160m2/g。本专利技术提供的介孔二氧化锰材料具有类似于核桃的表面形貌，其BET比表面积较大，电化学性能良好，尤其具有较高的单位比表面积比电容。本专利技术还提供了一种介孔二氧化锰材料的制备方法，包括以下步骤将高锰酸钾溶液和抗坏血酸溶液混合，搅拌的条件下发生反应，得到介孔二氧化锰材料，所述高锰酸钾和所述抗坏血酸的摩尔比为10 (I 8)。优选的，所述高锰酸钾和所述抗坏血酸的摩尔比为10 : (2 5)。优选的，所述高锰酸钾溶液的浓度为0. lmol/L 2mol/L。 优选的，所述高锰酸钾溶液的浓度为0. 3mol/L lmol/L。优选的，所述抗坏血酸溶液的浓度为0. lmol/L 2mol/L。优选的，所述抗坏血酸溶液的浓度为0. 3mol/L lmol/L。优选的，所述反应的温度为10°C 40°C，所述反应的时间为30min 200min。本专利技术还提供了一种超级电容器，包括正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜、介于正极和负极之间的电解液，所述正极为上述技术方案所述的介孔二氧化锰材料或者通过上述技术方案所述的方法制备得到的介孔二氧化锰材料。本专利技术以高锰酸钾和抗坏血酸为原料，搅拌的条件下得到具有类似于核桃的表面形貌的介孔二氧化锰材料，该制备方法简单、快速，无需复杂的模板修饰、模板去除的步骤，适于工业化生产。本专利技术制备得到的介孔二氧化锰材料用作超级电容器正极时，具有较高的能量密度、功率密度、循环性能和循环使用寿命。附图说明图I为本专利技术实施例I制备的二氧化锰材料放大10000倍的扫描电镜照片；图2为本专利技术实施例I制备的二氧化锰材料放大80000倍的扫描电镜照片；图3为本专利技术实施例I提供的二氧化锰材料的能量元素分析图；图4为本专利技术实施例I制备的二氧化锰材料的X-射线衍射谱图；图5为本专利技术实施例I制备的二氧化锰材料的红外谱图；图6为本专利技术实施例I制备的二氧化锰材料氧元素的X-射线光电子能谱图；图7为本专利技术实施例I制备的二氧化锰材料锰元素的X-射线光电子能谱图；图8为本专利技术实施例I制备的二氧化锰材料的相对压强-吸附体积曲线；图9为本专利技术实施例I制备的二氧化锰材料的孔径宽度-孔径体积曲线；图10为以lmol/L的硫酸锂溶液为电解液得到的循环伏安曲线；图11为以lmol/L的硫酸钠溶液为电解液得到的循环伏安曲线；图12为以0. 65mol/L的硫酸钾溶液为电解液得到的循环伏安曲线；图13为本专利技术实施例3提供的电池在充放电测试中的电压-时间、电流-时间曲线.图14为本专利技术实施例4提供的电池在长循环测试中循环次数与放电容量的曲线图。具体实施例方式本专利技术提供了一种介孔二氧化锰材料，所述介孔二氧化锰材料的粒子为类球形，所述粒子表面具有介孔和棱状凸起，所述介孔的孔径为5nm 30nm，所述粒子的比表面积为 120m2/g ~ 160m2/go本专利技术提供的介孔二氧化锰材料为无定形二氧化锰，其粒子形状为类球形，具有类似于核桃的表面形貌，即其粒子表面具有介孔和棱状凸起，所述棱状凸起相互交错，所述介孔的孔径为5nm 30nm,优选为IOnm 25nm,更优选为15nm 20nm。所述介孔二氧化锰材料的比表面积为120m2/g 160m2/g，优选为125m2/g 155m2/g，更优选为 125m2/g 150m2/g。所述介孔二氧化猛材料的粒径优选为200nm 800nm,更优选为250nm 750nm, 最优选为300nm 700nm。所述介孔二氧化锰具有较大的比表面积，用于超级电容器时具有良好的电化学性能，尤其具有较高的单位比表面积比电容。本专利技术还提供了一种介孔二氧化锰材料的制备方法，包括以下步骤将高锰酸钾溶液和抗坏血酸溶液混合，搅拌的条件下发生反应，得到介孔二氧化锰材料，所述高锰酸钾和所述抗坏血酸的摩尔比为10 (I 8)。本专利技术以高锰酸钾和抗坏血酸为原料制备介孔二氧化锰材料，方法简单、快速，适于工业化生产。按照本专利技术，所述高锰酸钾溶液的浓度优选为0. lmol/L 2mol/L，更优选为0. 3mol/L lmol/L ;所述抗坏血酸溶液的浓度优选为0. lmol/L 2mol/L,更优选为0.3mol/L lmol/L。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介孔二氧化锰材料，其特征在于，所述介孔二氧化锰材料的粒子为类球形，所述粒子表面具有介孔和棱状凸起，所述介孔的孔径为5nm～30nm，所述粒子的比表面积为120m2/g～160m2/g。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏宇，李四横，齐力，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：