超级电容器用二氧化锰电极材料的研究

论文摘要

本文以二氧化锰作为超级电容器电极材料,采用液相沉淀法对二氧化锰进行制备和改性,并运用XRD、TEM、CV、EIS、恒电流充放电等物理和电化学测试方法研究了制备出的二氧化锰的物理特征和电化学性能。主要研究内容如下:采用了预吸附液相沉淀法制备出二氧化锰,并对其进行物理和电化学表征,发现生成的是α-MnO2晶粒,这种方法能够有效地降低电极内阻,并且增大二氧化锰材料的比容量。将通过液相沉淀法制备的二氧化锰在一定温度范围下通入惰性气体进行惰性气体保护热处理,结果发现α-MnO2在一定温度范围氮气保护处理下,晶型结构没有发生改变。但是350℃和450℃氮气保护热处理下的二氧化锰的晶系发生改变,由原来的四方晶系转变为斜方晶系。150℃处理的MnO2内阻最低,250℃处理的MnO2比容量较高,稳定性差。通过对不同二氧化锰含量进行的电极进行测试,发现含量为70%Mn的电极内阻较小;通过对电极在不同浓度Na2SO4溶液进行测试,发现电极在1 mol/L Na2SO4溶液中内阻较小。二氧化锰和氧化铁在液相中共沉积,会相互影响对方的晶体形成和生长,对于含有不同含量铁的复合材料,铁含量的增加,会增大复合材料电极的电化学反应电阻和吸附电阻;Mn:Fe=20:1配比复合材料的可逆性较好,比容量较大,而且容量稳定性也非常好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超级电容器的研究背景及意义
• 1.3 超级电容器概述
• 1.3.1 超级电容器的概念
• 1.3.2 超级电容器的分类
• 1.3.3 超级电容器的特点
• 1.3.4 超级电容器的用途
• 1.4 超级电容器的电极材料研究现状
• 1.4.1 碳材料
• 1.4.1.1 活性炭
• 1.4.1.2 炭纤维
• 1.4.1.3 碳气溶胶
• 1.4.1.4 碳纳米管
• 1.4.2 金属氧化物材料
• 1.4.2.1 二氧化钌及其水合物
• 1.4.2.2 氧化镍
• 1.4.2.3 氧化钴
• 1.4.2.4 氧化锰
• 1.4.3 导电聚合物材料
• 1.4.4 小结
• 1.5 超级电容器的研究及应用现状
• 1.6 本论文的目的与主要工作
• 第二章 实验测试原理及方法
• 2.1 实验药品和仪器
• 2.2 实验工艺
• 2 工艺'>2.2.1 液相沉淀法制备纳米MnO₂工艺
• 2.2.2 电极的制备工艺
• 2.3 电极材料性能的表征
• 2.3.1 材料的物化性能测试方法
• 2.3.1.1 X 射线衍射
• 2.3.1.2 透射电子显微镜
• 2.3.2 材料的电化学性能的测试方法
• 2.3.2.1 实验装置
• 2.3.2.2 循环伏安
• 2.3.2.3 交流阻抗
• 2.3.2.4 恒电流充放电
• 第三章 预吸附液相沉淀法制备二氧化锰电极材料的研究
• 3.1 预吸附液相沉淀法制备二氧化锰电极工艺的研究
• 3.1.1 液相沉淀法制备二氧化锰的基本工艺
• 3.1.2 制备二氧化锰电极的基本工艺
• 3.1.3 预吸附液相沉淀法制备二氧化锰电极材料
• 3.2 材料的结构表征
• 3.2.1 X 射线衍射测试
• 3.2.2 透射电子显微镜测试
• 3.3 电化学性能表征
• 3.3.1 所用的单电极测试体系
• 3.3.2 循环伏安测试
• 3.3.3 交流阻抗测试
• 3.3.4 恒电流充放电测试
• 3.4 本章小结
• 第四章 二氧化锰的氮气保护热处理对超级电容器性能的影响
• 4.1 二氧化锰的晶型
• 4.2 二氧化锰的氮气保护热处理
• 4.3 二氧化锰氮气保护热处理后的结构表征
• 4.3.1 X 射线衍射测试
• 4.4 电化学性能表征
• 4.4.1 所用的单电极测试体系
• 4.4.2 循环伏安测试
• 4.4.3 交流阻抗测试
• 4.4.4 恒电流充放电测试
• 4.5 本章小结
• 第五章 电极制备和测试条件对超级电容器性能的影响
• 5.1 活性物质的不同比例对超级电容器性能的影响
• 5.1.1 循环伏安测试
• 5.1.2 交流阻抗测试
• 5.1.3 恒电流充放电测试
• 5.2 电解液浓度对超级电容器的影响
• 5.2.1 循环伏安测试
• 5.2.2 交流阻抗测试
• 5.2.3 恒电流充放电测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 二氧化锰/氧化铁复合材料的研究
• 6.1 概述
• 6.2 二氧化锰/氧化铁复合材料的原理及制备
• 6.2.1 二氧化锰/氧化铁复合材料的制备原理及制备
• 6.2.2 二氧化锰/氧化铁复合材料的制备
• 6.3 材料的结构表征
• 6.3.1 X 射线衍射
• 6.3.2 透射电子显微镜测试
• 6.4 电化学性能表征
• 6.4.1 所用的单电极测试体系
• 6.4.2 循环伏安测试
• 6.4.3 交流阻抗测试
• 6.4.4 恒电流充放电测试
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢