基于超級電容器用的納米二氧化錳的制備及性能研究.pdf

1、超級電容器以其高功率密度、長使用壽命和快充放電速度等優(yōu)點被廣泛用于混合電動汽車和便攜式電子設(shè)備，已成為近年來的研究熱點。二氧化錳因具有高的理論比電容(1370 F g-1)、資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點引起了人們的廣泛關(guān)注，并被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ某夒娙萜饔眠^渡金屬氧化物。
　　本文主要采用水熱合成法制備一系列納米二氧化錳電極材料。采用SEM、XRD、BET、循環(huán)伏安、恒電流充放電和交流阻抗等方法對所制備材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)

2、性能進行了表征。主要研究內(nèi)容如下所示:
　　1.以KMnO4為錳源，以MnSO4為還原劑，在不使用任何表面活性劑的前提下，采用水熱合成法通過改變反應(yīng)物濃度可控合成了多枝狀和長度可控的納米棒等不同形貌的α-MnO2。研究了反應(yīng)物濃度和反應(yīng)時間對產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)和形貌的影響。采用循環(huán)伏安法和恒電流充放電測試對多枝狀α-MnO2進行電化學(xué)性能測試，在1M的Na2SO4溶液中，電流密度為2Ag-1時，多枝狀α-MnO2的比電容為182 F

3、g-1，該電極材料同時具有良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　2.通過高錳酸鉀和硫酸錳在水熱合成的條件下反應(yīng)制備了沉積在石墨棒上的α-MnO2薄膜電極。研究結(jié)果表明α-MnO2納米棒均勻的沉積在石墨棒上。這些納米棒相互連接而形成的多孔納米結(jié)構(gòu)有利于電解液滲透到材料內(nèi)部、可提供快速的電子傳輸通道和縮短電子和離子在二氧化錳中的擴散距離。電化學(xué)性能測試表明，α-MnO2納米棒薄膜電極材料具有良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，在2Ag-1的電流密

4、度下循環(huán)2000次后，容量的衰減僅為2％，在1M的Na2SO4溶液中，電流密度為1 Ag-1時，該電極材料的比電容為229 F g-1。
　　3.采用水熱合成法制備了生長在碳紙上的多孔二氧化錳納米線網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄膜電極(α-MnO2/CFP)。作為集流體的高導(dǎo)電性的CFP網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以為快速的氧化還原反應(yīng)提供理想的電子傳輸通道。CFP導(dǎo)電基體和α-MnO2的納米線網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用能夠有效的釋放由于電解液中陽離子的可逆嵌入和脫出所產(chǎn)生

5、的應(yīng)力。電流密度為1Ag-1時，α-MnO2/CFP電極的比電容高達(dá)251 F g-1，該電極同時具有良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。在4Ag-1的電流密度下循環(huán)3000次后，多孔α-MnO2/CFP電極的初始電容保持率為98.9％。
　　4.通過水熱合成法制備了摻銅的δ-MnO2納米片薄膜電極，并研究了銅的摻雜濃度對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學(xué)性能的影響。銅的摻雜不僅增強了電極材料的導(dǎo)電性，同時促進了花狀納米結(jié)構(gòu)的形成。同時我們可以