[发明专利]一种氧化铋/氧化锰复合型超级电容器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种氧化铋/氧化锰复合型超级电容器及其制备方法，属于材料制备技术领域；本发明中，选用介孔二氧化硅作为模板，将离子传导率高的氧化铋和比电容高的氧化锰进行结合，形成了电化学性能更加优异的复合型超级电容器；制备的超级电容器在保证电极材料稳定的前提下拥有较高的比电容和能量密度，并且制备方法所需的原料廉价，工艺简单，反应温和，且在工业上可实现循环使用。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种氧化铋/氧化锰复合型超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器作为21世纪新兴发展的储能材料，凭借着体积小、能量大、成本低、寿命长的特点，成为了可持续性发展能源研究的重要目标。然而，目前制备的超级电容器由于材料的限制，超级电容器较高的能量密度和较强的电化学稳定性并没有得到很好的展示和实现，即难以在保证电极材料在稳定的前提下拥有较高的比电容，这阻碍了超级电容器的应用及发展。

锰作为地壳中含量较为充裕的元素，具有丰富的物理及化学性质，在催化、吸附、氧化、电化学等方面具有极其优异的性能，但是在以往的研究报道中，氧化锰电容器制作条件苛刻，其合成原材料高锰酸钾含毒且易爆，而且单一氧化锰材料在制备过程中易发生堆叠，导致其电子及离子传导性能变差，所以很难达到其理论容量。

铋在地球上的储量大，其丰度和银相当，同时铋的氧化物是很重要的功能材料，应用广泛，在作为良好的工业催化剂、陶瓷着色剂的同时，也是十分重要的光学材料、电子材料、超导材料等。近年来，氧化铋在超级电容器领域的应用引起业界的关注，但是单一的氧化铋结构不稳定，易发生还原或者晶型的转变，将其用于电容器则需要进一步提高其稳定性。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种氧化铋/氧化锰复合型超级电容器及其制备方法。本发明中，选用介孔二氧化硅作为模板，将离子传导率高的氧化铋和比电容高的氧化锰进行结合，形成了电化学性能更加优异的复合型超级电容器。所制备的超级电容器在保证电极材料稳定的前提下拥有较高的比电容和能量密度，并且制备所需的原料廉价，工艺简单，反应温和，且在工业上可实现循环使用。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种氧化铋/氧化锰复合型超级电容器的制备方法，包括如下步骤：

将硝酸铋、硝酸锰、介孔二氧化硅、无水乙醇超声混合均匀，然后搅拌、干燥得粉末，接着将干燥后的粉末退火、洗涤、干燥，得到氧化铋/氧化锰复合型超级电容器。

进一步的，所述硝酸铋、硝酸锰、介孔二氧化硅的用量比为0.1~1：0.1~1：0.1~1；所述硝酸铋和无水乙醇用量比为0.1~1g:30ml。

进一步的，所述超声的条件为：超声功率100~800W，超声时间10~60min。

进一步的，所述搅拌的条件为：搅拌速率200~900rpm，搅拌时间10~300min。

进一步的，两次干燥的条件均为：干燥温度30~80℃，干燥时间1~10h。

进一步的，所述退火的条件为：退火温度200~800℃，退火时间10~600min。

进一步的，所述洗涤为采用氢氧化钠和去离子水分别洗涤，其中氢氧化钠的浓度为1~5M。

本发明还提供了上述氧化铋/氧化锰复合型超级电容器，所述氧化铋/氧化锰复合型超级电容器正极材料以树枝状的氧化铋为主体，膜状的氧化锰包覆在氧化铋上；所述氧化铋/氧化锰复合型超级电容器在1A g^-1的电流密度下，比电容能达到1295.6 F g^-1，能量密度能达到137.1Wh kg^-1。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：