[发明专利]一种纺锤状钴锰氧化物复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种纺锤状钴锰氧化物复合材料，由乙酸钴和柠檬酸三铵络合，再由Mn负载得到钴氧化物复合材料，复合材料整体为纺锤状结构，碳材料存在于纺锤状结构中；Mn由MnCl_2·4H₂O和KMnO₄原位制得，直接与乙酸钴和柠檬酸三铵络合物负载，其制备方法包括以下步骤：1）络合物的制备；2）锰元素与络合物的复合；3）纺锤状钴锰氧化物复合材料的制备。作为超级电容器电极材料的应用，在1M KOH溶液下，在‑0.1‑0.5V范围内充放电，在放电电流密度为4 A/g时，比电容为410‑440 F/g。具有制备方法简单，廉价，适于大批量的生产；降低钴锰材料的浪费；纺锤状的形貌；负载Mn，保护Co₃O₄结构被，降低电解液浓度的优点，具有很高的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种纺锤状钴锰氧化物复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器是一种高效、实用的能量储存装置，具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好等优点。随着能源短缺和环境污染问题的日益突出，环保无污染、高循环使用寿命的超级电容器成为当今能源领域研究的热点。目前，影响超级电容器发展的关键因素主要有电极材料、电解液和膈膜等，其中电极材料的制备直接决定了电容器容量的大小，也是影响超级电容器最为关键的因素之一。根据电极材料的差异，可分为碳基、金属氧化物、导电聚合物和杂多酸等超级电容器。

对于过渡金属氧化物类超级电容器中，负载Co₃O₄效果较好，得到广泛的研究，如现有技术Juan Xu等人（XU J, GAO L, CAO J, et al. 2010. Preparation andelectrochemical capacitance of cobalt oxide (Co3O4) nanotubes assupercapacitor material. Electrochimica Acta [J], 56: 732-736.）制备的纯Co₃O₄多孔材料，在电解液为6 M的KOH，在0.1 A/g 电流密度下，比电容达到了574 F/g，比电容比较高。因为Co₃O₄在碱性条件下才能保持稳定，保证比电容性能，因此，此类现有技术的主要解决方案为存在的采用6M KOH溶液作为电解液。但是，该方法存在显著的技术缺陷：1. 强碱性电解液具有强烈的腐蚀性，对生产设备要求高；2. 高浓度电解液粘度较高，影响电荷传输；3. 存在环境污染风险和成本。

降低电解液浓度并不能有效解决上述问题，现有技术Jagadale,A.D.等人（JAGADALE A D, KUMBHAR V S, LOKHANDE C D 2013. Supercapacitive activities ofpotentiodynamically deposited nanoflakes of cobalt oxide (Co3O4) thin filmelectrode. J Colloid Interface Sci [J], 406: 225-230.）采用与前述方法相同的材料制备的Co₃O₄材料，在1 M KOH电解液条件下，测试电容性能，所得比电容仅为365 F/g，性能显著下降。原因就是无法在低碱性条件下，保持Co₃O₄材料的微观结构，进行导致性能的下降。

因此，在保持材料比电容的前提下，降低电解液中的碱的浓度，是当前研究的努力方向。解决该技术问题可以有效降低生产设备的成本和降低潜在环境污染风险，具有很高的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种纺锤状钴锰氧化物复合材料及其制备方法和应用。