二氧化錳及其復合材料電極的制備與電容性研究.pdf

1、超級電容器作為一種新型的儲能器件，具有功率密度高、循環(huán)壽命長、快速充放電等優(yōu)點，近年來國內(nèi)外對超級電容器的應(yīng)用研究非常活躍。二氧化錳是一種廉價易得且性能良好的贗電容器電極材料，但較差的導電性和可逆性也制約了其實際應(yīng)用。
　　為了改善二氧化錳電極材料的性能，本文的研究主要集中于以下三方面：①改進電極的制備方法。通過一步水熱法，在鎳基體表面直接沉積三維納米花狀MnO2并用于超級電容器電極，然后利用SEM、EDS、XRD、BET、XPS

2、等對材料進行表征，利用CV、GCD、EIS等對材料做電化學測試；②制備不同形貌MnO2電極材料。通過控制水熱反應(yīng)分別在堿性、中性和酸性介質(zhì)中進行，直接制備出不同形貌MnO2，探究不同形貌MnO2電化學性能差異以及形成過程；③通過材料復合提高MnO2電極材料性能。利用電沉積技術(shù)在MnO2電極表面沉積一層碳量子點(Carbon quantum dots, CQDs)，制備出
　　CQDs/MnO2復合材料電極。為了研究CQDs/MnO

3、2復合材料電極的實際應(yīng)用能力，本文以還原氧化石墨烯（reduced graphene oxide，rGO）材料為負極、CQDs/MnO2復合材料為正極、聚乙烯醇-氫氧化鉀作為電解質(zhì)，組裝成非對稱超級電容器，制備出CQDs/MnO2//rGO/Ni全固態(tài)非對稱超級電容器，綜合考察其電化學性能。結(jié)果表明：
　　（1）由一步水熱法合成的MnO2，其結(jié)構(gòu)為納米片組裝而成的三維花狀δ-MnO2，該方法直接在泡沫鎳上沉積了MnO2，不需要粘結(jié)

4、劑和其它添加劑，該材料作為超級電容器的電極，在1 mol·L-1的Na2SO4溶液中，電流密度為0.2 A·g-1時，比電容高達380.2 F·g-1，且經(jīng)過1000次循環(huán)后，比電容依然保持起始的94.2％，表現(xiàn)出良好的電化學性能。
　　（2）在堿性、中性和酸性介質(zhì)中制備MnO2的形貌分別為納米球、納米花和納米網(wǎng)狀δ-MnO2，這一形貌差異主要源于不同介質(zhì)中，高錳酸鉀的分解速率不同，且納米網(wǎng)狀MnO2具有更大的比表面積（62.4

5、m2·g-1）。電化學測試表明納米網(wǎng)狀MnO2具有最好的性能，該電極在1 mol·L-1的KOH溶液中，電流密度為0.5 A·g-1時，比電容高達646.4 F·g-1，且經(jīng)過1000次循環(huán)后比電容依然保持起始的86.4%，表現(xiàn)出良好的電容性和循環(huán)穩(wěn)定性，另外，利用EIS表征得知納米網(wǎng)狀MnO2電極具有較小的電阻和有效的離子擴散路徑。
　?。?）當沉積時間為10 min時，CQDs/MnO2復合材料電極具有最好的電化學性能。在1

6、mol·L-1KOH溶液中，該復合電極在0.5 A·g-1電流密度下比電容達879.0 F·g-1，比純MnO2電極（646.1 F·g-1）提高36.1%；當電流密度從1 A·g-1增大到10 A·g-1時，比電容保持率為61.2%，比純MnO2材料電極（46.7%）高14.5%，表明復合CQDs后顯著提高了MnO2材料的電化學性能。
　　組裝后的器件可在1.6 V的高電勢窗口下穩(wěn)定充放電，當電流密度為0.5 A·g–1時，比電