【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超级电容器电极，尤其涉及一种中空梭子型znmn2o4纳米颗粒/碳布复合电极及其制备方法和应用。
技术介绍
1、本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、超级电容器作为能源领域重要的研究对象一直被广泛研究。正极材料的性能是决定超级电容器的能量密度与功率密度的关键因素之一。锰酸锌材料作为能源领域研究的热门材料之一，具有独特的ab2o4型尖晶石结构，具有理论比容量高(784mah/g)、储量丰富和环境友好等突出优点。然而其在实际应用上受电导率低和循环过程中体积过度膨胀两方面制约，因此在应用于超级电容器时，锰酸锌电极的比容量与倍率性能较差。如文献synthetization and electrochemical performance of pomegranate-like znmn2o4porous microspheres(journal of alloys and compounds，2020，826，154084)采用共沉淀法和高温烧结制备了石榴状znmn2o4纳米球，在电流密度为1a/g时，该znmn2o4电极展示的比容量为447f/g。当电流密度增加至10a/g时，该znmn2o4电极展示的比容量为210f/g。该文献中znmn2o4在作为电极材料应用到超级电容器中时由于导电率低且团聚严重，导致了活性材料本身无法与电解液离子充分接触，氧化还原反应活性位点少，最终导致了znmn
3、因此，如何提供一种znmn2o4团聚少且导电性高的znmn2o4电极，使其在作为超级电容器电极进行应用时具有高比容量和良好的倍率性能，是亟待解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种中空梭子型znmn2o4纳米颗粒/碳布复合电极及其制备方法和应用，解决了现有znmn2o4电极由于导电率低和团聚严重导致电极比容量低和倍率性能差的问题。
2、第一方面，本专利技术提供了一种中空梭子型znmn2o4纳米颗粒/碳布复合电极的制备方法，包括如下步骤：
3、向锌盐和锰盐的混合水溶液中加入氟化铵和尿素，搅拌溶解后得到混合液；
4、将所述混合液和洗涤干燥后的碳布一同置于反应釜中，水热反应后冷却至室温，将水热反应后的碳布进行洗涤干燥，然后升温至烧结温度，保温烧结，即得。
5、优选的，所述锌盐选自硝酸锌；所述锰盐选自硝酸锰。
6、优选的，所述锌盐、锰盐、氟化铵和尿素的摩尔比为1:(1.8～2.2):(5～8):(12～18)；所述锌盐和锰盐的混合水溶液中，锌盐的浓度为0.01～0.02mol/l。
7、优选的，所述碳布和锌盐与锰盐总质量的比例为1cm2：(0.2～0.4)g。
8、优选的，所述水热反应的温度为110～130℃，所述水热反应的时间为7～12h。
9、进一步的，所述水热反应的温度为118～122℃，所述水热反应的时间为8～10h。
10、优选的，所述升温至烧结温度的升温速率为2～5℃/min；所述烧结过程在空气气氛下进行。
11、优选的，所述烧结温度为300～400℃，所述烧结时间为1～4h。
12、第二方面，本专利技术提供了上述制备方法制备得到的中空梭子型znmn2o4纳米颗粒/碳布复合电极。
13、第三方面，本专利技术提供了上述中空梭子型znmn2o4纳米颗粒/碳布复合电极在超级电容器中的应用。
14、第四方面，本专利技术提供了一种超级电容器，包括工作电极、对电极和参比电极；所述工作电极为上述制备方法制备得到的中空梭子型znmn2o4纳米颗粒/碳布复合电极或上述中空梭子型znmn2o4纳米颗粒/碳布复合电极。
15、与现有技术相比，本专利技术取得了以下有益效果：
16、(1)本专利技术采用一步水热法在碳布上沉积中空梭子型znmn2o4纳米颗粒，无需采用复杂的制备方法和贵重的反应装置，方法简单易行，降低了实际应用中的生产成本。
17、(2)本专利技术制备得到的复合电极中，中空梭子型znmn2o4纳米颗粒在碳布上稳定均匀沉积，避免了纳米颗粒的聚集，这有益于电解液与活性材料的充分接触，中空的结构也避免了在循环充放电过程中材料由于体积膨胀导致的坍塌；并且本专利技术的复合电极无杂相生成。
18、(3)本专利技术所提供的复合电极可直接用作超级电容器的工作电极，无需复杂的混料涂膜过程，避免了粘结剂的添加，进一步增加了工作电极的导电率。
19、(4)本专利技术所提供的复合电极具有高比容量和倍率性能，在电流密度为1a/g的条件下，比容量最高可达近500f/g，当电流密度从1a/g升至12a/g时，比容量保持率最高可达70％以上。同时过渡金属氧化物znmn2o4和碳布的复合结合了过渡金属氧化物与碳材料的双重优势，二者的协同作用有效地增加了复合材料电极的电化学性能。
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1.一种中空梭子型ZnMn2O4纳米颗粒/碳布复合电极的制备方法，其特征在于，向锌盐和锰盐的混合水溶液中加入氟化铵和尿素，搅拌溶解后得到混合液；
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌盐选自硝酸锌；所述锰盐选自硝酸锰。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌盐、锰盐、氟化铵和尿素的摩尔比为1:(1.8～2.2):(5～8):(12～18)；所述锌盐和锰盐的混合水溶液中，锌盐的浓度为0.01～0.02mol/L。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳布和锌盐与锰盐总质量的比例为1cm2：(0.2～0.4)g。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为110～130℃，所述水热反应的时间为7～12h。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为118～122℃，所述水热反应的时间为8～10h。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述升温至烧结温度的升温速率为2～5℃/min；所述烧结过程在空气气氛下进行；所述烧结温度为3
8.如权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到的中空梭子型ZnMn2O4纳米颗粒/碳布复合电极。
9.如权利要求8所述的中空梭子型ZnMn2O4纳米颗粒/碳布复合电极在超级电容器中的应用。
10.一种超级电容器，包括工作电极、对电极和参比电极，其特征在于，所述工作电极为权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到的中空梭子型ZnMn2O4纳米颗粒/碳布复合电极或权利要求8所述的中空梭子型ZnMn2O4纳米颗粒/碳布复合电极。
...【技术特征摘要】
1.一种中空梭子型znmn2o4纳米颗粒/碳布复合电极的制备方法，其特征在于，向锌盐和锰盐的混合水溶液中加入氟化铵和尿素，搅拌溶解后得到混合液；
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌盐选自硝酸锌；所述锰盐选自硝酸锰。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌盐、锰盐、氟化铵和尿素的摩尔比为1:(1.8～2.2):(5～8):(12～18)；所述锌盐和锰盐的混合水溶液中，锌盐的浓度为0.01～0.02mol/l。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳布和锌盐与锰盐总质量的比例为1cm2：(0.2～0.4)g。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为110～130℃，所述水热反应的时间为7～12h。
6.如权利要求5所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯玄圣，李昌星，周吉学，赵国辰，李航，于欢，杨化冰，程开明，赵东清，王西涛，
申请(专利权)人：山东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：
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