[发明专利]一种应用于超级电容器的MnO2/H-TiO2纳米复合阵列电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种应用于超级电容器的MnO₂/H‑TiO₂纳米复合阵列电极材料及其制备方法，属于纳米功能材料、能量存储与转换技术领域。采用原位二次阳极氧化法制备作为基体的有序TiO₂纳米管阵列，接着对其进行晶化退火处理，然后通过电化学氢化还原获得H‑TiO₂纳米管阵列，最后通过在纳米管内外表面沉积高比电容MnO₂获得MnO₂/H‑TiO₂纳米复合阵列电极材料。本发明制备获得的电极材料在电流密度为1mA·mg^‑1时比电容可达650.0F·g^‑1，电流密度为5mA·mg^‑1时循环充放电1000圈后比电容仍然保持90％以上。本发明工艺简单，成本低廉、对环境友好，易于实施，有利于大规模制备与应用。

技术领域

本发明涉及纳米功能材料和能量存储与转换技术领域，具体是涉及一种应用于超级电容器的MnO₂/H-TiO₂纳米复合阵列电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型高效的储能器件，兼有可快速充放电、长循环寿命、高能量密度、高功率密度、超低温特性好等优势，在电动汽车、通讯信息、国防科技等领域具有广阔的应用前景和发展潜力。超级电容器主要由电极材料、电解质、隔膜、端板等组成，其中电极材料是决定其超电容特性的关键。

超级电容器的电极材料主要有三类：碳材料、金属氧化物和导电聚合物。其中，碳材料是目前研究最为成熟且商业化应用最多的，但是碳材料的双电层电荷储能方式在一定程度上决定了其比电容较低，难以满足高能量/功率密度的要求。金属氧化物电极材料通过电极/电解质间可逆的氧化-还原反应所产生的法拉第准电容要远大于是碳基电极材料的双电层电容，但是金属氧化物的内电阻较大，在电极反应过程中利用率偏低。导电聚合物是通过电极材料上发生的掺杂-去掺杂的氧化还原反应实现较高的法拉第准电容，其缺点是在长期充放电过程中性质不稳定，易发生体积膨胀或收缩而影响其电化学稳定性。如何克服单一材料的自身缺陷，协同发挥多种材料优势，设计和制备新型高性能复合电极材料是目前关于超级电容器电极材料研究中的关键和热点。

利用微纳技术合成高性能的电极材料成为进一步发展超级电容器的重要途径。超级电容器电极材料的发展趋势之一就是通过协同发挥不同纳米材料或纳米结构的功能特性如有序特性、介孔特性、大比表面积、表面官能团等制备复合电极材料，以实现电极材料在大电流密度下的高能量、高功率密度的存储能力以及长寿命循环条件下的比电容保持能力。