溶胶-凝胶法制备超级电容器用二氧化锰

王佳伟,陈白珍,陈 亚,范瑞娟

(中南大学冶金科学与工程学院,湖南长沙 410083)

过渡金属氧化物用作电极材料是超级电容器研究的热点之一,最初研究的金属氧化物电极材料主要是二氧化钌(RuO2)。J.P.Zheng等[1]在150℃下热处理制备前驱体,得到的RuO2◦H2O的比电容可达768 F/g。RuO2的成本太高,且污染环境,难以广泛应用。MnO2具有与RuO2类似的特点,且价格低廉、对环境友好,拥有多种氧化价态,尤其是纳米级MnO2,电化学性能良好[2]。S.C.Pang等[3]用KMnO4氧化高氯酸锰,合成 MnO2溶胶-凝胶(pH值约为 10.5),用浸沾和滴覆法制备MnO2电极,同时以电沉积法直接在基体上电镀MnO2。浸沾法所得材料的比电容可达698 F/g,而滴覆法和电沉积法所得材料的比电容只有浸沾法的2/3。闪星等[4]用KMnO4在碱性条件下氧化MnSO4,制得纳米 MnO2,组装的混合电容器在工作电压为0.85 V时,比电容为177.5 F/g。C.C.Hu等[5]将α-MnO2◦nH2O电沉积在石墨基体上,产物的比电容为265～320 F/g,结构的稳定性受电解液pH值的影响。Y.L.Hee等[6]对 KMnO4进行热分解,制得无定形 MnO2,在550℃时可获得最大比电容240 F/g,电解液pH值为 7时,电极最稳定,库仑效率最高。

本文作者以醋酸锰和柠檬酸为原料,用溶胶-凝胶法合成纳米MnO2,研究不同pH值和焙烧温度时制得的MnO2的结构与形貌。在水系电解液0.5 mol/L Na2SO4中,通过循环伏安和恒流充放电实验研究产物的电容特性。

1 实验

1.1 MnO2超级电容器材料的制备

按化学计量比将柠檬酸(广东产,AR)加到四水合乙酸锰[Mn(AC)2◦4H2O,天津产,AR]溶液中,搅拌溶解,形成均匀透明的溶液。用25%氨水(广东产,AR)调节混合溶液的pH值,分别为6.0、8.0和9.0。溶液由淡粉色转变为橙黄色后,放到水浴锅中,在80℃下加热成湿凝胶。……