超級電容器MnO-,x-基電極材料及其電化學(xué)性能.pdf

1、超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲能元件。與傳統(tǒng)靜電電容器相比，超級電容器具有更高的能量密度；與電池相比，具有更大的功率密度。超級電容器具有瞬間釋放大電流、充放電效率高、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)。在移動通信、信息技術(shù)、消費(fèi)電子、電動汽車、航空航天和國防科技等領(lǐng)域具有重要和廣闊的應(yīng)用前景，在世界范圍內(nèi)引起了極大關(guān)注。
　　 超級電容器的研究，主要集中在高性能電極材料和電極的制備上。MnOx由于其資源廣泛、價格低廉、具有多種氧

2、化態(tài)、電化學(xué)窗口較寬、環(huán)境友善這些特點(diǎn)而倍受人們的關(guān)注，是發(fā)展超級電容器極具潛力的候選電極材料。MnOx可以通過化學(xué)法和電化學(xué)法合成。但是其中有些方法存在高能耗、條件苛刻、操作復(fù)雜、不利于大量生產(chǎn)等一些缺點(diǎn)?；瘜W(xué)沉淀法具有低能耗、條件可控、制備工藝簡單以及高的生產(chǎn)可選擇性等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)已有很多關(guān)于化學(xué)共沉淀法制備MnO2的報道。但是到目前為止，這方面的研究還不完善，該法制備的MnOx材料主要存在比電容值不高，循環(huán)性能差的缺點(diǎn)，因而不能很好的

3、用于超級電容器電極材料。
　　 本文以MnOx作為超級電容器電極材料為研究對象，選用化學(xué)沉淀法合成出MnOx基材料，并對其進(jìn)行電化學(xué)性能測試和結(jié)構(gòu)表征，篩選出各方面性能具佳的MnOx基材料。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 1.采用化學(xué)沉淀法制備了MnOx材料。在前人的基礎(chǔ)上對制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化，重點(diǎn)研究了體系的pH值及熱處理對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及性能的影響，并借助SEM、XRD、TG-DTA、CV、EIS和恒電流充放電等手段對

4、材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能表征。結(jié)果表明，體系的pH值及熱處理對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能有很大的的影響。弱酸性體系制備的MnOx材料具有以下特點(diǎn)：好的晶化程度和電化學(xué)穩(wěn)定性，相對較小的比電容量；而弱堿性體系制備的MnOx材料的特點(diǎn)則是：較差的晶化程度和電化學(xué)穩(wěn)定性，相對較大比電容量。對于弱酸、弱堿性體系，熱處理都可以提高材料的晶化程度和電化學(xué)性能。根據(jù)試驗結(jié)果，弱酸性體系制備的且經(jīng)過熱處理的MnOx材料電化學(xué)性能較好。在5mV·s-1 掃

5、描速率下，6mol·L-1KOH電解液中具有最大的比電容：266F·g-1，類比文獻(xiàn)報導(dǎo)的比電容值150～250F·g-1，提高了10.4～77.3％。同時，該電極材料顯示了較好的電化學(xué)可逆性及較長的循環(huán)壽命，說明該材料是較理想的超級電容器電極材料。
　　 2.采用化學(xué)沉淀法在合成MnOx基材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行化學(xué)摻雜，分別合成MnOx/AB復(fù)合材料和MnOx/NiO復(fù)合材料。對制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化，重點(diǎn)研究了配比對材料結(jié)構(gòu)及性能的影

6、響，并借助SEM、XRD、CV、恒電流充放電和EIS等手段對材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能表征。
　　 結(jié)果表明，在MnOx材料中摻入恰當(dāng)比率的AB或NiO都可以提高材料的電化學(xué)性能。對于MnOx/AB復(fù)合材料，當(dāng)摻入AB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％時，復(fù)合電極材料顯示了很好的電化學(xué)性能。在5mV·s-1掃描速率下，6mol·L-1 KOH電解液中具有最大的比電容：240F·g-1，類比文獻(xiàn)報道的大多數(shù)同類材料即MnOx/碳素復(fù)合材料的比電容