多孔不锈钢基二氧化锰薄膜电极的制备及电容特性-应用化学.PDFVIP

第２８卷 第７期 应 用 化 学 Ｖｏｌ．２８Ｉｓｓ．７ ２０１１年７月 　　　　　　　ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＣＨＥＭＩＳＴＲＹ　　　　　　　 Ｊｕｌｙ２０１１ 多孔不锈钢基二氧化锰薄膜电极的制备及电容特性  徐国荣 　彭满芝　唐安平　钟晓伟 （湖南科技大学化学化工学院　湘潭４１１２０１） 摘　要　用电化学方法制备了一种多孔不锈钢基二氧化锰薄膜电极。在不锈钢基体上以聚乙二醇辛基苯基 醚（ＴｒｉｔｏｎＸ１００）在水溶液中形成的液晶作掩膜，通过电化学腐蚀制备了多孔基体电极，用恒电位方法在基体 上沉积二氧化锰薄膜。用扫描电子显微镜对二氧化锰薄膜电极形貌进行了考察，循环伏安法和充放电曲线法 测试了二氧化锰薄膜电极的电容。结果表明，腐蚀后的不锈钢基体呈现多孔特征，孔分布无规律，孔径大小从 几十纳米到几百纳米不等，沉积的二氧化锰呈颗粒状，直径为８０～９０ｎｍ。扫描速率为２０ｍＶ／ｓ，沉积电量 ２ ２ ０４Ｃ／ｃｍ时，循环伏安法测得的二氧化锰薄膜电极的质量比电容达４００Ｆ／ｇ；沉积电量４～５Ｃ／ｃｍ时，面积比 －３ ２ 电容达到３２０×１０ Ｆ／ｃｍ，此时的质量比电容仍保持在２００Ｆ／ｇ左右。实验结果表明，多孔不锈钢基二氧化 锰薄膜电极在超级电容器领域有潜在的应用前景。 关键词　电化学电容器，多孔电极，电沉积，二氧化锰，液晶掩模 中图分类号：Ｏ６４６　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　文章编号：１００００５１８（２０１１）０７０８１５０６ ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０９５．２０１１．００５００ 超级电容器比传统电容器具有更高的比电容和能量密度，比电池具有更高的功率密度，具有广阔的 应用前景。目前，用于超级电容器的材料主要有活性碳、过渡金属氧化物和导电聚合物等。过渡金属氧 化物具有法拉第电容，比活性碳具有更高的比电容，因而受到广泛的关注。二氧化锰因其成本低、来源 广、电化学性能好和对环境友好，其作为电化学电容器的活性电极材料具有很大的应用前景。理论上二 ［１］ 氧化锰的比电容可达１３７０Ｆ／ｇ ，但由于二氧化锰的导电性较差，粉末二氧化锰厚膜电极的比电容范 ［２７］ 围大多数为 １００～３００Ｆ／ｇ ，远远低于理论值；而二氧化锰薄膜电极的比电容则可达到 ６００～ ［８１０］ ７００Ｆ／ｇ 。尽管二氧化锰薄膜电极比电容较高，但当单位面积的活性物质增加，膜增厚以后，比电容 下降很快，因此，二氧化锰薄膜电极面积比电容并不高。高浓度的非离子表面活性剂在水溶液中形成排 列规整的胶束，胶束有规律地聚集在一起形成液晶体系。由于液晶体系中水相和有机相有规律地分布， ［１１］ 这种液晶体系能作为合成纳米材料的模板，近年来，已广泛用于合成纳米材料和介孔材料 。为提高 二氧化锰薄膜电极的比电容，本文用液晶模板在不锈钢表面上作掩模，通过电化学腐蚀使不锈钢基体多 孔化，制备一种新型的多孔不锈钢基二氧化锰薄膜电极，并对电化学电容性能进行了研究。 １　实验部分 １．１　试剂和仪器 盐酸、氯化钠、硫酸钾、硫酸、磷酸、硫酸锰、丙酮、聚乙二醇辛基苯基醚（曲拉通Ｘ１００，ＴｒｉｔｏｎＸ１００ ）、聚丙酰胺（ＰＡＡ）均为分析纯试剂。稳压电源，电化学分析系统（ＬＫＢ９８ ），饱和甘汞电极，ＪＳＭ６３８０ Ⅱ 型扫描电子显微镜，充放电测试仪（新威ＢＴＳ），ＸＰ３３０Ｃ型偏光显微镜。 １．２　液晶模板腐蚀液的制备 液晶模板剂的组成为 ＴｒｉｔｏｎＸ１００、ＰＡＡ、ＨＯ，质量比为４２∶５∶５３，按比例称取上述各试剂（用