一種用于超級電容器的MnSe/Ni電極材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種用作超級電容器的MnSe/Ni電極材料及其制備方法。該材料為電極活性物質MnSe成膜狀結構附著在襯底網狀Ni上。其制備步驟為將硒粉、四水合氯化亞錳、硼氫化鈉和乙醇胺溶劑在高壓水熱釜中混合，加入生長襯底鎳網，一定溫度下反應形成。將本發明專利技術制得的MnSe/Ni用作超級電容器電極材料，其5?mV?s

MnSe/Ni electrode material used for super capacitor and preparation method thereof

The invention discloses a MnSe/Ni electrode material used as a super capacitor and a preparation method thereof. The material is a membrane structure of the electrode active substance MnSe, and is attached to the substrate mesh Ni. The preparation steps of selenium powder, four hydrated manganese chloride, sodium borohydride and ethanol amine solvent in the high-pressure hot water kettle in mixing, adding growth substrate of nickel net, forming reaction under a certain temperature. The prepared MnSe/Ni as electrode material of super capacitor, the 5 mV s

【技術實現步驟摘要】
一種用于超級電容器的MnSe/Ni電極材料及其制備方法
本專利技術涉及電池領域，尤其涉及用作超級電容器的電極材料及其制備方法。
技術介紹
超級電容器是一種新型儲能器件，它采用具有高比表面積的多孔碳材料作為電極或利用電極活性物質進行欠電位沉積，使其發生快速、可逆的化學吸附/脫附或氧化/還原反應來獲得法拉第數量級的電容量，因此它既具有電池的能量貯存特性，又具有電容器的功率特性，它比傳統電解電容器的比能量高上千倍，而漏電電流小數千倍，可充放電10萬次以上而不需要維護和保養，可用于極大電流瞬間放電的工作狀態、而不易產生發熱著火等現象。鑒于超級電容器具有高比功率、循環壽命長、使用溫度范圍寬、充電時間短、綠色環保等優異特性，目前在很多領域都受到廣泛關注，它既可以應用于消費類電子產品領域，又可以應用于太陽能能源發電系統、智能電網系統、新能源汽車、工業節能系統、脈沖電源系統等眾多領域。而電極材料是決定超級電容器性能的最重要因素之一，從國、內外的超級電容器產品來看，其電極材料主要采用傳統碳系材料，產品的能量密度低。自從加拿大Conway為首的課題組進行以氧化釕等過渡金屬氧化物電極材料的研究，發現有著多種價態的過渡金屬氧化物、由于具備贗電容性質、能同時提供較高的能量密度、其電容量是傳統碳系材料的雙電層電容的10～100倍、且此類電極材料具有高度的充放電可逆性，是前景非常光明的超級電容器電極材料。在過渡金屬氧化物中，RuO2有著很高的比電容，但是它很高的成本、很低的儲量及會帶來嚴重的環境污染限制了它的實際應用。其他過渡金屬氧化物比如MnO2，NiO和Co3O4，也被廣泛研究，這些電極材料比起RnO2來說，在能量密度相對低，其中MnO2有豐富的儲量、較低的成本、環境友好、具有高理論比電容值，可由于其導電性很差導致其實際比電容較低。基于以上，為了得到各方面具有更好特性的超級電容器電極材料，開發新的電極材料可以考慮兩種途徑，一是尋找新材料；二是對已有材料進行復合，通過材料間的協同作用克服單組分的缺點，以期得到理想的電極材料。其中新材料除了本身可以作為超級電容器電極材料，其和傳統材料的復合可以帶來更多可能的選擇。不斷開發新而有用的材料是解決能源問題的重大突破口。由于過渡金屬氧化物電極材料在能量密度上占有一定的優勢，科研工作者們總是嘗試著研究各種過渡金屬氧化物，而硫化物、硒化物等硫屬化物用來作贗電容超級電容器電極的材料研究仍然很少，對它的研究可以極大拓展超級電容器電極材料的選擇。
技術實現思路
本專利技術旨在提供了一種制備工藝簡單、適用工業化生產、電化學性能優異的MnSe/Ni超級電容器電極材料及其制備方法，該MnSe/Ni電極材料用于超級電容器，能夠有效的提高單位面積集流體的電容容量，從而提高超級電容器的電容性能。本專利技術提供了一種用于超級電容器的MnSe/Ni電極材料的制備方法，包括如下步驟：1）將硒粉、四水合氯化亞錳、硼氫化鈉裝入到高壓反應釜中，將溶劑添加至高壓反應釜，然后攪拌使溶液混合均勻；將Ni網放入溶液中，密封高壓釜放入烘箱內120～180℃、反應12小時；2）反應完后，將表面長有MnSe的Ni網分別用水和乙醇分別進行多次洗滌，得到可以直接使用的MnSe/Ni超級電容器電極材料；相比粉末涂覆形成電極，本專利技術制備的MnSe/Ni超級電容器電極材料不需要集流體，且減小了阻抗。其中，所述溶劑為乙醇胺，所述硒粉、四水合氯化亞錳、硼氫化鈉的質量比為0.6：1.8：1，且每1g硼氫化鈉添加溶劑乙醇胺400mL。進一步地，高壓釜在烘箱內的溫度優選180℃。進一步地，步驟1）溶液攪拌方法優選采用玻璃棒攪拌的慢速方法。進一步地，步驟1）溶液攪拌方法采用磁力攪拌的劇烈攪拌方法。進一步地，步驟1）溶液攪拌方法采用超聲攪拌。本專利技術還提供了據以上方法制得的用于超級電容器的MnSe/Ni電極材料，其中MnSe作為超級電容器的電極活性物質，所述MnSe在襯底Ni網上生長呈膜狀覆蓋。進一步地，MnSe膜上還有MnSe非均勻形核產生的幾微米大小的微米球。本專利技術的有益成果在于：1）本專利技術制備工藝非常簡單、制備方法的反應條件易于控制、耗時短，生產成本低、設備資金投入少，適合大規模工業化生產。2）本專利技術制備的MnSe/Ni電極材料，電極活性物質MnSe呈膜狀結構完整附著于泡沫鎳網上，利用泡沫鎳網多孔的結構獲得較大的電極比表面積，最大化利用活性物質的電化學性能，提高比電容。本專利技術制備的電極襯底鎳網具有較好的導電性，直接在鎳網上生長可以最小化電極的電阻，減少不必要的阻抗。相比粉末涂覆的電極，具有更好的比電容、穩定性、小阻抗。附圖說明圖1為實施例1制得的MnSe/Ni電極材料的XRD圖譜。圖2為實施例1制得的MnSe/Ni電極材料的SEM圖。圖3為實施例2制得的MnSe/Ni電極材料的SEM圖。圖4為為實施例3制得的MnSe/Ni電極材料的SEM圖。圖5為實施例1制得的MnSe/Ni電極材料的循環伏安曲線。圖6實施例1制得的MnSe/Ni電極材料在電極電流10mA下的的恒電流充放電曲線。圖7實施例1制得的MnSe/Ni電極通過阻抗測試得到的EIS譜。具體實施方式本專利技術MnSe/Ni電極材料制備采用的方法為溶劑熱法，在特制的密閉反應器中，采用一定的溶劑作為反應體系，通過對反應體系加熱至臨界溫度或接近臨界溫度，在反應體系中產生高壓的環境而進行無機合成。以下結合具體實例對本專利技術作進一步的說明。實施例11）將0.06g硒粉，0.18g四水合氯化亞錳以及0.10g硼氫化鈉裝入到高壓反應釜中，將溶劑乙醇胺40mL添加至高壓反應釜內，然后用玻璃棒攪拌使溶液混合均勻；將Ni網放入溶液中，密封高壓釜放入烘箱內180℃反應12小時；2）反應完后，將表面長有MnSe的鎳網分別用水和乙醇分別進行3次洗滌，得到可以直接使用的MnSe/Ni電極材料。實施例21）將0.06g硒粉，0.18g四水合氯化亞錳以及0.10g硼氫化鈉裝入到高壓反應釜中，將溶劑乙醇胺40mL添加至高壓反應釜內，然后用磁力轉子劇烈攪拌10min使溶液混合均勻；將Ni網放入溶液中，密封高壓釜放入烘箱內180℃反應12小時；2）反應完后，將表面長有MnSe的鎳網分別用水和乙醇分別進行3次洗滌，得到可以直接使用的MnSe/Ni電極材料。該法制備的材料成核半徑相對增大，鎳網上附著的活性物質質量也會相對減少。實施例31）將0.06g硒粉，0.18g四水合氯化亞錳以及0.10g硼氫化鈉裝入到高壓反應釜中，將溶劑乙醇胺40mL添加至高壓反應釜內，然后在超聲清洗器中超聲攪拌20min使溶液混合均勻；將Ni網放入溶液中，密封高壓釜放入烘箱內180℃反應12小時；2）反應完后，將表面長有MnSe的鎳網分別用水和乙醇分別進行3次洗滌，得到可以直接使用的MnSe/Ni電極材料。實施例41）將0.06g硒粉，0.18g四水合氯化亞錳以及0.10g硼氫化鈉裝入到高壓反應釜中，將溶劑乙醇胺40mL添加至高壓反應釜內，然后用玻璃棒攪拌使溶液混合均勻；將Ni網放入溶液中，密封高壓釜放入烘箱內120℃反應12小時；2）反應完后，將表面長有MnSe的鎳網分別用水和乙醇分別進行3次洗滌，得到可以直接使用的MnSe/Ni電極材料。實施例51）將0.06g硒粉，0.本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于超級電容器的MnSe/Ni電極材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：1）將硒粉、四水合氯化亞錳、硼氫化鈉裝入到高壓反應釜中，將溶劑添加至高壓反應釜，然后攪拌使溶液混合均勻；將Ni網放入溶液中，密封高壓釜放入烘箱內，在120～180?℃、反應12小時；2）?反應完后，將表面長有MnSe的Ni網分別用水和乙醇分別進行多次洗滌，得到MnSe/Ni超級電容器電極材料；其中，所述溶劑為乙醇胺，所述硒粉、四水合氯化亞錳、硼氫化鈉的質量比為0.6：1.8：1，且每1g硼氫化鈉添加溶劑乙醇胺400mL。

【技術特征摘要】
1.一種用于超級電容器的MnSe/Ni電極材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：1）將硒粉、四水合氯化亞錳、硼氫化鈉裝入到高壓反應釜中，將溶劑添加至高壓反應釜，然后攪拌使溶液混合均勻；將Ni網放入溶液中，密封高壓釜放入烘箱內，在120～180℃、反應12小時；2）反應完后，將表面長有MnSe的Ni網分別用水和乙醇分別進行多次洗滌，得到MnSe/Ni超級電容器電極材料；其中，所述溶劑為乙醇胺，所述硒粉、四水合氯化亞錳、硼氫化鈉的質量比為0.6：1.8：1，且每1g硼氫化鈉添加溶劑乙醇胺400mL。2.根據權利要求1所述的一種用于超級電容器的MnSe/Ni電極材料的制備方法，其特征在于：高壓釜在烘箱內的溫度180℃。3.根據權利要求1所述的一種用于超級電容器的MnSe/Ni電極材料的制備方法，其特征在于：步驟1）溶液攪拌方法...

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂建國，湯海潮，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33