水热法制备凹凸棒黏土-Mn3O4及其电化学性能研究(2)

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超级电容器补充了电池和传统电容器的缺点，与传统电容器相比，超级电容器的效率高，环境友好，循环寿命长，但循环性能及可逆性差，易发生团聚形成钝态膜，首次循环有较大的容量损失[4]。因此，如何改善Mn3O4性能，使其拥有较高的比容量和较长的循环寿命则显得非常重要，且越来越受到人们的重视。

1.2 超级电容器的电极材料

超级电容器（supercapacitor），又称电化学电容器（electrochemical capacitor），是一种介于蓄电池和传统电容器之间的新型的储能元件[5]，具有能量密度大、循环寿命长、可快速充放电、环境友好等优点，因而成为目前能源领域的研究热点。而提高超级电容器性能的关键在于找到合适的电极材料，目前研究得较多的主要有碳材料、过渡金属氧化物(如RuO2、IrO2)、导电聚合物以及各种掺杂聚合物材料 [6]。其中，锰氧化合物因其资源丰富、价格低廉、无毒无害而引起了人们的关注，已成为超级电容器电极材料的理想选择[7]。同时，由于其价态不同，锰氧化合物有MnO2、MnO、Mn3O4等主要结构。在上述结构里，Mn3O4是最稳定的混合氧化物状态，广泛应用于各种领域，如电极超级电容器材料、阴极材料和燃料电池和催化剂等[8]。

凹土棒黏土（简称凹土）是江苏盱眙的特色资源，具有较高比表面积、较强的极性，对电极溶剂有较强的亲和力。将凹土加入电极材料可显著提高复合材料的比表面积、改善电解质的润湿性，改善电池的倍率特性和容量保持率。因此本文采用水热法将凹凸棒黏土与Mn3O4复合，使Mn3O4负载在凹凸棒黏土上，以增大其比表面积的方法制备新型超级电容器电极材料。通过对其结构及其电化学性能研究发现，所得的复合材料具有良好的电化学电容特性。

2实验部分

2.1材料合成及表征

凹凸棒黏土来自江苏盱眙，KMnO4、NH3·H2O、羧甲基纤维素钠均为分析纯，聚四氟乙烯乳液(质量分数为60%，PTFE)，乙炔黑，所有溶液均采用二次蒸馏水配制。

取一定量的凹凸棒黏土，加大量蒸馏水搅拌，用倾泻法反复三次，以除去沉降在底部的泥沙，然后超声2h，静置片刻制得凹凸棒黏土溶胶，80℃烘干即制得粗提纯的凹土。称取0.2gKMnO4用10mL蒸馏水溶解，加入2mL0.1mol/L羟甲基纤维素钠溶液，搅拌片刻，然后将此溶液放入聚四氟乙烯内胆中水热，在200℃条件下反应24个小时，反应结束后，抽滤，80℃干燥2h，研磨后装袋，即制得Mn3O4复合材料。源'自:优尔`!论~文'网www.youerw.com

取一定量的凹凸棒黏土，加大量蒸馏水搅拌，用倾泻法反复三次，以除去沉降在底部的泥沙，然后超声2h，静置片刻制得凹凸棒黏土溶胶，80℃烘干即制得粗提纯的凹土。称取0.2gKMnO4用10mL蒸馏水溶解，加入2mL0.1mol/L羟甲基纤维素钠溶液，向上述溶液里加入0.20g粗提纯凹土，搅拌片刻，然后将此溶液放入聚四氟乙烯内胆中水热，在200℃条件下反应24个小时，反应结束后，抽滤，80℃干燥2h，研磨后装袋，即制得Att-Mn3O4复合材料。

用X-射线粉末衍射仪（XRD）测试产物的物相，测试仪器和条件为：瑞士ARL公司生产的X～ TAXA射线衍射仪，Cu靶Kа1（λ=0.15406nm），在5°～60°连续扫描。扫描电子显微镜（SEM）采用日立S-3000型扫描电子显微镜，在20kV下，对材料的形貌进行表征。

2.2电化学性能测试

将m(所得样品) ∶m (乙炔黑)∶m(聚四氟乙烯) = 85∶10∶5的质量比混合，将前三者充分研磨后，再加入聚四氟乙烯的乳液（将60%原浆液稀释成1%），使其混匀并调成糊状后均匀地涂在1cm ×1cm泡沫镍网上，两边都涂上，然后在60℃烘干一夜后，放在油压机上压结实后，放在电解质溶液中浸泡一段时间后，制成工作电极。然后在分别以饱和甘汞电极（SCE）和1.5cm×1.5cm大小的铂片作为参比电极和辅助电极，组成三电极体系，以0.5mol·L- 1Na2SO4（pH≈6）非缓冲溶液作为电解质，在CHI660B(上海辰华仪器厂)电化学工作站上进行恒流充放电、循环伏安等电化学性能测试。