中空Sn摻雜MnO2微球的制備及其用于超級(jí)電容器的研究.pdf

1、近年來(lái)，能源危機(jī)不斷加深，傳統(tǒng)化石燃料的使用也使環(huán)境日益惡化。而二氧化錳具有電化學(xué)性能良好，能量密度高，價(jià)格低廉，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，使其成為超級(jí)電容器的熱點(diǎn)材料。本文把二氧化錳作為超級(jí)電容器電極材料的研究對(duì)象，針對(duì)二氧化錳電子傳導(dǎo)率低、比表面積小等缺陷，提出將二氧化錳制備成中空結(jié)構(gòu)，并將錫摻雜進(jìn)二氧化錳的晶格中。中空結(jié)構(gòu)可以顯著地提高其比表面積，進(jìn)而提高其比容量。而將錫摻雜進(jìn)二氧化錳晶格中可以增加其氧空位，提高二氧化錳材料的電子傳導(dǎo)率。<

2、br>　　本文首先通過(guò)水合法制備出Sn-MnCO3/SiO2殼核結(jié)構(gòu)前驅(qū)體，然后通過(guò)高溫煅燒得到Sn-MnO2/SiO2多孔的殼核結(jié)構(gòu)材料，最后用NaOH溶液將內(nèi)部的SiO2核刻蝕掉形成Sn摻雜的中空MnO2電極材料(記為Sn/H-MnO2)。在煅燒過(guò)程中, MnCO3受熱分解產(chǎn)生的CO2氣體會(huì)使SiO2上的Sn-MnO2包覆層表面形成多孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)而有利于NaOH溶液進(jìn)入微球內(nèi)部將SiO2核刻蝕掉。
　　材料制備完成后利用單因素實(shí)

3、驗(yàn)，通過(guò)恒電流充放電測(cè)試研究了二氧化硅用量、乙二醇用量、反應(yīng)溶液pH值、煅燒溫度、刻蝕時(shí)間、Sn的摻雜量等制備工藝條件對(duì)二氧化錳比容量的影響。測(cè)試確定的最佳工藝條件為：SiO2:MnSO4=2:4(mol:mol)、C2H6O2:H2O=2:8(ml:ml)、反應(yīng)溫度30℃、反應(yīng)溶液pH=8、煅燒溫度450℃、刻蝕時(shí)間90 min、四氯化錫用量3 mol％（vs. MnSO4）。恒電流充放電測(cè)試表明，最佳制備工藝條件下的Sn/H-MnO

4、2電極材料的比容量為243F/g，未使用任何中空結(jié)構(gòu)制備工藝條件的純二氧化錳(記為 P-MnO2)電極材料的比容量為131F/g，其比容量增大了85.5%。BET結(jié)果表明純MnO2粒子的比表面積為145m2/g，而Sn/H-MnO2粒子的比表面積為256 m2/g，中空制備工藝使 MnO2的比表面積增大了76.6%。紅外光譜的結(jié)果表明 Sn成功地被摻雜進(jìn)MnO2的晶格中。
　　然后，對(duì)P-MnO2電極以及Sn/H-MnO2電極的循

5、環(huán)伏安性能以及交流阻抗性能進(jìn)行了分析與比較。從循環(huán)伏安曲線可以看出，Sn/H-MnO2電極擁有更良好的可逆性。交流阻抗測(cè)試表明，Sn/H-MnO2電極的電子傳導(dǎo)阻力與電解質(zhì)傳質(zhì)阻力明顯低于P-MnO2電極。這些結(jié)果都表明錫的摻雜以及多孔中孔結(jié)構(gòu)可以顯著地提高M(jìn)nO2的電化學(xué)性能。
　　同時(shí)，還對(duì)Sn/H-MnO2電極在酸性、中性以及堿性電解液中的電化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含 SO42-的中性電解液更適宜作為 MnO2基超