一种新型MnOx@rGO复合材料及其制备方法

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种新型mnox@rgo复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、当今，移动电子设备发展迅猛，对供能器件的性能和安全性的要求也随之越来越高。锂离子电池作为商业化较为成功的储能器件也面临着能量密度不足和安全性较差等问题。锂离子安全性较差的部分原因是电池内部采用有机易燃的电解液和金属锂的高活泼性，导致存在安全隐患。因此，设计具有高容量和高安全性的新型电池是未来储能器件发展的趋势。采用水系电解液的水系电池具有安全性高、环境友好、离子电导率高等优点，因此在未来具有较好的发展前景。在水系电池中，li+、na+、k+、zn2+和mg2+都可以作为电荷载体。其中，nh4+作为电荷载体也展出独特的性能：nh4+资源较为丰富；nh4+作为电解液成本低廉；nh4+较小的摩尔质量（18 g.mol-1）具有较快的离子扩散速率，因此，水系铵离子电池具有较好的发展前景。

2、目前研究表明，布鲁斯蓝配合物（铁氰酸钠和铁氰酸铜等）、有机固体（聚苯胺等）和金属氧化物（mnox、v2o5和nh4v4o10等）都可以作为电极材料储存nh4+。相比于其它电极材料，锰氧化物具有无毒害、原料成本低廉等优点，特别是电化学沉积得到的锰氧化物作为铵离子电池的电极具有较好的电化学性能。并且由于电沉积法制备电极材料具有操作简单和效率高和成本低廉等优点，使得电沉积得到的锰氧化物作为铵离子电极材料具有较好的应用前景。然而，锰氧化物导电性能较差导致其电化学性能受到一定的限制，阻碍其走向储能应用领域的进程。

3、因此，本发明通过大量研究，选用电沉积法制备锰氧化物/碳布复合材料作为水系铵离子电池的电极，并且同样采用电沉积方法将还原氧化石墨烯不完全的覆盖在锰氧化物/碳布表面，旨在提高锰氧化物作为水系铵离子电池电极的电化学性能。

技术实现思路

1、为了克服现有锰基电极材料导电能力不足的问题，本发明的目的在于提供一种新型mnox@rgo复合材料及其制备方法。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、本发明的第一个方面提供了一种新型mnox@rgo复合材料，其特征在于，包括如下组成：碳布导电基底、沉积于碳布纤维表面的锰氧化物以及沉积于锰氧化物/碳布电极表面的石墨烯层。

4、本发明的第二个方面提供了一种上述新型mnox@rgo复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5、（1）锰氧化物/碳布电极材料的制备

6、a.将碳布裁剪成工作电极，再将其放入无水乙醇中超声清洗、烘干备用；

7、b.配置0.3m醋酸锰溶液，选用恒电流法将锰氧化物沉积在碳布上，在三电极体系中，甘汞电极作为参比电极，碳片作为对电极，碳布作为工作电极；

8、c.将负载锰氧化物的碳布进行循环充放电测试，选用三电极测试体系，碳片作为对电极，甘汞电极作为参比电极，负载锰氧化物的碳布作为工作电极，0.5m醋酸铵溶液作为电解液；

9、（2）还原氧化石墨烯覆盖锰氧化物电极材料的制备

10、d.选用改进的hummers法制备氧化石墨烯分散液；

11、e.配置含有0.01m na2so4的氧化石墨烯电解液；

12、f.选用三电极体系测试体系，甘汞电极作为参比电极，碳片作为工作电极，步骤e中含有0.01m na2so4的氧化石墨烯作为电解液，步骤（1）得到的锰氧化物/碳布作为对电极；

13、g.选用恒电流法，将氧化石墨烯在负载锰氧化物碳布进行还原沉积；

14、进一步的，所述步骤a中工作电极大小为1*1 cm2，超声时间为20min；

15、进一步的，所述步骤b中恒电流法的电流密度为20 ma.cm-2，沉积时间为2min；

16、进一步的，所述步骤c中循环充放电测试具体为：在0.5 a.g-1电流密度下循环充放电40次；

17、进一步的，所述步骤d中分散液的浓度为5 mg.ml-1；

18、进一步的，所述步骤e中电解液的浓度为0.1 mg.ml-1；

19、进一步的，所述步骤g中恒电流法的电流密度为0.1 ma.cm-2，沉积时间为60s、150s和300s。

20、本发明中化合物的中文命名与结构式有冲突的，以结构式为准；结构式有明显错误的除外。

21、本发明制备的新型mnox@rgo复合材料能高效利用太阳光能实现光催化分解水制氢，与现有方法相比，技术先进，绿色无毒。在0.5 a.g-1下，mnox@rgo60复合材料作为水系铵离子电池的比容量为173 mah.g-1。此外，在该电流密度下，经过100次循环充放电后复合电极比电容的保持率为99%，有效提高了锰氧化物作为水系铵离子电池电极的电化学性能。

技术特征：

1.一种新型mnox@rgo复合材料，其特征在于，包括如下组成：碳布导电基底、沉积于碳布纤维表面的锰氧化物以及沉积于锰氧化物/碳布电极表面的石墨烯层。

2.一种根据权利要求1所述的新型mnox@rgo复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的新型mnox@rgo复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a中工作电极大小为1*1 cm2，超声时间为20min。

4.根据权利要求2所述的新型mnox@rgo复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b中恒电流法的电流密度为20 ma.cm-2，沉积时间为2min。

5.根据权利要求2所述的新型mnox@rgo复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c中循环充放电测试具体为：在0.5 a.g-1电流密度下循环充放电40次。

6.根据权利要求2所述的新型mnox@rgo复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤d中分散液的浓度为5 mg.ml-1。

7.根据权利要求2所述的新型mnox@rgo复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤e中电解液的浓度为0.1 mg.ml-1。

8.根据权利要求2所述的新型mnox@rgo复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤g中恒电流法的电流密度为0.1 ma.cm-2，沉积时间为60s、150s和300s。

技术总结
本发明公开了一种新型MnOx@rGO复合材料及其制备方法，具体为选用电沉积法制备锰氧化物/碳布复合材料作为水系铵离子电池的电极，并且将还原氧化石墨烯不完全的覆盖在锰氧化物/碳布表面，制备得到新型MnOx@rGO复合材料。与现有方法相比，技术先进，绿色无毒。在0.5A.g‑1下，MnOx@rGO60复合材料作为水系铵离子电池的比容量为173 mAh.g‑1。此外，在该电流密度下，经过100次循环充放电后复合电极比电容的保持率为99%，有效提高了锰氧化物作为水系铵离子电池电极的电化学性能。

技术研发人员：陈华夏,华英杰,王崇太
受保护的技术使用者：海南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14