[发明专利]基于碳纳米管和二氧化锰的杉木碳片的电极材料、制备方法和超级电容器

说明书

基于碳纳米管和二氧化锰的杉木碳片电极材料，包括由碳化后的片状杉木片经过活化处理、化学气相沉积和电化学沉积得到；经过活化处理在碳化后的片状杉木片内形成有从上到下整齐顺直的管胞结构；化学气相沉积包括在CO₂活化后的片状杉木片上化学气相沉积碳纳米管，使得在管胞结构的内壁生长有碳纳米管；电化学沉积包括在化学气相沉积后的片状杉木片上碳纳米管的周围电化学沉积有二氧化锰。本发明采用化学气相沉积法在杉木管胞内壁制备了碳纳米管，并在管胞内表面电化学沉积了MnO₂，提高了器件的稳定性和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种超级电容器的电极材料，尤其涉及一种基于碳纳米管和二氧化锰的杉木碳片的电极材料、制备方法和超级电容器。

背景技术

生物质材料具有来源广泛，环境友好，绿色可持续，定向结构独特的优点，在储能领域有着广阔的应用前景。生物质材料经碳化活化后有效地提高了比电容，可获得比表面积2000-3000m²g^-1的粉末状生物质碳材料。然而，在粉末活性碳电极材料的中使用粘合剂会增加电荷转移的阻力，从而限制比容量的增加。因此，由于不需要粘合剂和导电剂，整个生物质材料如碳化活性木片被用作电极材料具有更良好的应用前景。然而，这一整片生物质碳材料不能如粉末状的生物质碳材料一样完全活化，因此其比表面积是有限的。为了进一步提高电容器的比容量，研究人员在木材管胞中填充二氧化锰、氢氧化钴、聚吡咯等活性物质，以获得更高的容量。这些活性物质通过弱相互作用随机堆积在木材管胞内壁，导电性较差，长效性能不理想。如何有效地提高整个碳化木片的比容量和储能装置的稳定性仍然是一个挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种比电容高、循环效率好的基于碳纳米管和二氧化锰的杉木碳片的电极材料、制备方法和超级电容器。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：基于碳纳米管和二氧化锰的杉木碳片电极材料：包括由碳化后的片状杉木片经过活化处理、化学气相沉积和电化学沉积得到；经过所述活化处理在碳化后的片状杉木片内形成有从上到下整齐顺直的管胞结构；所述化学气相沉积包括在CO₂活化后的片状杉木片上化学气相沉积碳纳米管，使得在管胞结构的内壁生长有碳纳米管；所述电化学沉积包括在化学气相沉积后的片状杉木片上碳纳米管的周围电化学沉积有二氧化锰。

上述的基于碳纳米管和二氧化锰的杉木碳片电极材料，其特征在于：所述活化处理为CO₂活化，所述CO₂活化为碳化后的片状杉木片在CO₂的流动气氛中，在650-850℃的温度下活化8-12小时。

上述的基于碳纳米管和二氧化锰的杉木碳片电极材料，其特征在于：所述气化学沉积为：将活化处理后的片状杉木片在80-100℃的Ni（NO₃）₂水溶液中浸泡15分钟，去除水分后；以H₂为还原气，乙烯为碳源，Ar为保护气，在管式炉中进行化学气相沉积，得到化学气相沉积后的片状杉木片，即CNT/AWC导电平台；进行化学气相沉积后，碳化后的片状杉木片的管胞结构的内壁上生长有碳纳米管。

上述的基于碳纳米管和二氧化锰的杉木碳片电极材料，其特征在于：所述H₂气流、乙烯气流和Ar气流的流量比为1:3:10，所述H₂气流的流量为20-40sccm（标准立方厘米）；化学气相沉积的时间为3-10min。

上述的基于碳纳米管和二氧化锰的杉木碳片电极材料，其特征在于：所述电化学沉积为：将CNT/AWC导电平台进入到Mn（CH₃COO）和Na₂SO₄的混合溶液中以石墨板为对电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，在室温下进行恒电位电沉积，得到电化学沉积后的片状杉木片，即MnO₂@CNT/AWC导电平台。