一种δ-MnO₂厚膜赝电容器电极的制备方法及其应用

摘要

本发明公开了一种δ-MnO₂厚膜赝电容器电极的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维纸浸入高锰酸钾溶液中浸泡0.5h，然后水热生长GZO纳米线阵列作三维骨架，最后在该导电性良好的骨架上进行不同时间的阳极沉积得到δ-MnO₂厚膜。本发明的合成方法简单，成本低，得到的赝电容器电极具有高的质量和面积比电容、较高的电位窗口和好的循环稳定性。

主权项

一种δ‑MnO₂厚膜赝电容器电极的制备方法，其特征在于，对基底进行预处理和骨架生长，然后直接生长活性物质，生长过程骨架逐渐溶解并留下孔道结构，同时有Zn和Ga进入活性物质空隙或替代位，实现了高电子和离子输运特性的δ‑MnO₂厚膜赝电容器电极的一次生长，具体包括以下步骤：（1）基底预处理：将商业碳纤维纸浸入高锰酸钾溶液中浸泡20~60 min，然后自然晾干，用水充分清洗，干燥；将预处理后的商业碳纤维纸作为基底生长Ga掺杂ZnO即GZO纳米线阵列骨架；（2）三维Ga掺杂ZnO纳米线阵列骨架生长：首先配置70~80 mL的前驱体溶液，其中包含0.001~0.015 M Zn(NO₃)₂、0.001~0.015 M 环六亚甲基四胺、溶液中Ga³⁺/Zn²⁺摩尔比为0.1% ~1 %的Ga(NO₃)₃、水和1~2 mL NH₃H₂O，充分搅拌后，把预处理后的商业碳纤维纸浸泡在前驱体溶液中并转移至带有聚四氟乙烯内衬的反应釜里，在80~120 ℃下恒温12~48 h，后得到在商业碳纤维纸上生长密集的三维Ga掺杂ZnO纳米线阵列骨架；（3）活性物质MnO₂电化学沉积：首先配置前驱体溶液，该溶液中Na₂SO₄与Mn(Ac)₂的浓度均为0.1 M，溶剂为水, 使用三电极体系进行电化学沉积， Ag/AgCl 作参比电极，铂网作对电极，在商业碳纤维纸上生长密集的三维Ga掺杂ZnO纳米线阵列骨架作为工作电极进行阳极沉积；沉积过程分为两步，第一步是在电压0.35~0.4 V 保持10~20 s, 然后固定电压在0.4~0.45 V 在1 ~60 min 的不同时间范围内进行沉积，完成沉积步骤后，对所得的工作电极用去离子水进行充分清洗，最后在100~150 ℃下恒温干燥3~5 h得δ‑MnO₂厚膜赝电容器电极，标记为MnO₂/GZO/CFP；Ga掺杂ZnO最初可作为高导电的三维多孔支架，然后随着沉积时间的增加逐渐被腐蚀，留下隧道状的孔道结构，最终有1~2 wt%的Zn和0~0.1 wt% Ga进入MnO₂的晶格中。