二氧化锰-二氧化钌复合材料及其制备方法和应用
超级电容器具备功率密度大、响应时间快、寿命长、维护简单等优点，可广泛用于 信息、电子、能源、环境、交通和军工等领域，而开发一种生产成本低、较大容量、具有优异瞬 时充放电性能、循环性好的的电化学电容器电极材料迫在眉睫。根据所使用的电极材料，超级电容器可以分为以下两大类：以活性炭等碳材料为 电极的双电层超级电容器和以金属氧化物或导电聚合物为电极材料的赝电容超级电容器 或称"法拉第准电容器"。以碳材料作为电极，导电率高，比功率高，但是以双电层形式储电 能力有限，电容量和比能量均较低。而赝电容超级电容器充放电过程中伴随质子或氢氧根 离子嵌入和脱出的吸附电容或发生电化学氧化还原反应引起的电容，可实现二维或准二维 的体相储电，大大增加了储电能力。其中二氧化钌比容量高、导电性好、在电解液中非常稳 定，是目前性能最为优良的超级电容器电极材料，但是由于钌属于稀有贵金属，资源有限， 价格过高，对环境有污染，无法在短期内进行规模化生产，不适合单独大规模地应用在超级 电容器上。二氧化锰用作超级电容器的电极材料的研究是近年来才发展起来的，其在中性 电解液中表现出良好的电容特性，且电位窗口较宽，被认为是极具发展潜力的一种电极材 料。但由于传统方法制备的体相二氧化锰导电性不佳而且结构堆积紧密，不利于电解液离 子扩散和电子的输运，所制备的电极比电容数值远远低于其理论比容（1370F/g)。
本发明的目的在于，克服现有的电极材料在制造超级电容器方面存在的缺陷，提 供一种新颖的电极材料：二氧化锰二氧化钌复合材料、并且探制备该复合材料的方法，以 克服目前化学方法制备二氧化锰电极材料存在比容量低、稳定性差、分散性差、及导电性 差、制备工艺复杂的缺陷，本发明还探索利用该复合材料制造超级电容器。技术方案如下：提供一种二氧化锰-二氧化钌复合材料，所述二氧化锰-二氧化钌复合材 料为非晶态、多孔颗粒，粒径大小为10~50nm;所述复合材料以锰盐和钌盐为原料采用原 位共沉淀的方式生成；在lmol/L的Na2S04水溶液电解液中，当扫描速率为2mV/s时，所述 复合材料的比电容能够达到347F/g;所述复合材料中钌元素和锰元素的摩尔比为1 :(1~ 10)。提供的二氧化锰-二氧化钌复合材料为非晶态、多孔颗粒，采用原位共沉 淀的方式生成，其中二氧化锰原位均匀地分散在二氧化钌中，分散性好，复合材料的比电容 能够达到347F/g，综合了二氧化锰和二氧化钌两种材料的优点，在具有高的比电容的同时， 能够在数百次的大电流密度充放电条件下保持较高的比电容数值，可广泛用于混合动力能 源等领域，其性能优于纯二氧化锰电极材料、二氧化钌电极材料、或者两者直接的混合物， 这是因为非晶二氧化锰和二氧化钌的复合协同效应，复合后的比电容值高于两种活性物质 的性能之和，循环稳定性大幅度提高。而且本发明的复合材料循环稳定性好，克服了纯二氧 化锰电极纳米材料循环稳定性差的问题。
优势：采用简便易操作的共沉淀法对二氧化锰进行复合，所制备的二氧化€ -二氧 化钌复合电极材料具有较高的比容量。在lmol/L的Na2S04A溶液电解液中，当扫描速率为 2mV/s时，比电容最高可达347F/g;瞬时充放电性能优异,在大电流密度8A/g条件下能迅速 的进行充放电；循环稳定性好，在扫描速率l〇〇mV/S条件下经800次充放电循环比容仍能保 持90%以上。通过类似的沉淀法分别制备的单组份非晶二氧化锰和二氧化钌在lmol/L的 Na2S04电解液中比电容仅为102F/g和182F/g，远低于复合物的比电容值。由于非晶二氧化 锰和二氧化钌的复合协同效应，复合后的比电容值高于两种活性物质的性能之和，循环稳 定性大幅度提高。本发明方法操作简单方便、制造成本低，易产业化，综合了二氧化锰和二 氧化钌两种材料的优点，在具有高的比电容的同时，能够在数百次的大电流密度充放电条 件下保持较高的比电容数值，可广泛用于混合动力能源等领域。