超级电容器补充了电池和传统电容器的缺点,与传统电容器相比,超级电容器的效率高,环境友好,循环寿命长,但循环性能及可逆性差,易发生团聚形成钝态膜,首次循环有较大的容量损失[4]。因此,如何改善Mn3O4性能,使其拥有较高的比容量和较长的循环寿命则显得非常重要,且越来越受到人们的重视。
1.2 超级电容器的电极材料
超级电容器(supercapacitor),又称电化学电容器(electrochemical capacitor),是一种介于蓄电池和传统电容器之间的新型的储能元件[5],具有能量密度大、循环寿命长、可快速充放电、环境友好等优点,因而成为目前能源领域的研究热点。而提高超级电容器性能的关键在于找到合适的电极材料,目前研究得较多的主要有碳材料、过渡金属氧化物(如RuO2、IrO2)、导电聚合物以及各种掺杂聚合物材料 [6]。其中,锰氧化合物因其资源丰富、价格低廉、无毒无害而引起了人们的关注,已成为超级电容器电极材料的理想选择[7]。同时,由于其价态不同,锰氧化合物有MnO2、MnO、Mn3O4等主要结构。在上述结构里,Mn3O4是最稳定的混合氧化物状态,广泛应用于各种领域,如电极超级电容器材料、阴极材料和燃料电池和催化剂等[8]。
凹土棒黏土(简称凹土)是江苏盱眙的特色资源,具有较高比表面积、较强的极性,对电极溶剂有较强的亲和力。将凹土加入电极材料可显著提高复合材料的比表面积、改善电解质的润湿性,改善电池的倍率特性和容量保持率。因此本文采用水热法将凹凸棒黏土与Mn3O4复合,使Mn3O4负载在凹凸棒黏土上,以增大其比表面积的方法制备新型超级电容器电极材料。通过对其结构及其电化学性能研究发现,所得的复合材料具有良好的电化学电容特性。
2实验部分
2.1材料合成及表征
凹凸棒黏土来自江苏盱眙,KMnO4、NH3·H2O、羧甲基纤维素钠均为分析纯,聚四氟乙烯乳液(质量分数为60%,PTFE),乙炔黑,所有溶液均采用二次蒸馏水配制。
取一定量的凹凸棒黏土,加大量蒸馏水搅拌,用倾泻法反复三次,以除去沉降在底部的泥沙,然后超声2h,静置片刻制得凹凸棒黏土溶胶,80℃烘干即制得粗提纯的凹土。称取0.2gKMnO4用10mL蒸馏水溶解,加入2mL0.1mol/L羟甲基纤维素钠溶液,搅拌片刻,然后将此溶液放入聚四氟乙烯内胆中水热,在200℃条件下反应24个小时,反应结束后,抽滤,80℃干燥2h,研磨后装袋,即制得Mn3O4复合材料。源'自:751`!论~文'网www.751com.cn
取一定量的凹凸棒黏土,加大量蒸馏水搅拌,用倾泻法反复三次,以除去沉降在底部的泥沙,然后超声2h,静置片刻制得凹凸棒黏土溶胶,80℃烘干即制得粗提纯的凹土。称取0.2gKMnO4用10mL蒸馏水溶解,加入2mL0.1mol/L羟甲基纤维素钠溶液,向上述溶液里加入0.20g粗提纯凹土,搅拌片刻,然后将此溶液放入聚四氟乙烯内胆中水热,在200℃条件下反应24个小时,反应结束后,抽滤,80℃干燥2h,研磨后装袋,即制得Att-Mn3O4复合材料。
用X-射线粉末衍射仪(XRD)测试产物的物相,测试仪器和条件为:瑞士ARL公司生产的X~ TAXA射线衍射仪,Cu靶Kа1(λ=0.15406nm),在5°~60°连续扫描。扫描电子显微镜(SEM)采用日立S-3000型扫描电子显微镜,在20kV下,对材料的形貌进行表征。
2.2电化学性能测试
将m(所得样品) ∶m (乙炔黑)∶m(聚四氟乙烯) = 85∶10∶5的质量比混合,将前三者充分研磨后,再加入聚四氟乙烯的乳液(将60%原浆液稀释成1%),使其混匀并调成糊状后均匀地涂在1cm ×1cm泡沫镍网上,两边都涂上,然后在60℃烘干一夜后,放在油压机上压结实后,放在电解质溶液中浸泡一段时间后,制成工作电极。然后在分别以饱和甘汞电极(SCE)和1.5cm×1.5cm大小的铂片作为参比电极和辅助电极,组成三电极体系,以0.5mol·L- 1Na2SO4(pH≈6)非缓冲溶液作为电解质,在CHI660B(上海辰华仪器厂)电化学工作站上进行恒流充放电、循环伏安等电化学性能测试。