超级电容器用纳米二氧化锰电极材料的制备及性能研究

论文摘要

二氧化锰（MnO2）具有较高理论比容量,丰富的储量、低廉的价格、对环境的友好。然而,Mn02作为电极材料本身存在内阻较大,对电极材料的整体性能有很大影响。因此,本文通过水热法和微波法制备出纳米氧化锰,通过掺杂或原位复合导电填料,制备出电化学优良的MnO2电极材料。采用X射线衍射（XRD）以及扫描电子显微镜（SEM）对材料的形貌进行表征,并通过循环伏安（CV）、恒流充放电、交流阻抗测试（EIS）对MnO2电极进行电化学性能测试,来研究材料微观结构与电化学性能之间的关系。水热法和微波法制得的二氧化锰均为α-MnO2与γ-MnO2的混合相。与水热法相比,微波法合成氧化锰纳米棒的直径较小且分布均匀,结构完整性好,结晶度高,随着反应时间增加,生成的MnO2晶形结构越完整,并且微波法制备的氧化锰的容量略高于水热法制备的氧化锰。首次提出采用微波方法制备氧化锰/碳纳米管和氧化锰/纳米石墨片复合材料,该工艺简单、能耗低、产率高、省时快速等优点。MnO2生长过程是首先生成片层状结构,随着反应进行,片层逐渐塌陷卷曲,形成MnO2纳米棒。由于碳纳米管的存在,抑制了MnO2片层状结构的塌陷,碳纳米管团聚体的直径大小直接决定着CNTs/MnO2微球的大小。然而,随着反应时间的增加,片状的氧化锰最后变成棒状。而GNPs由于片层结构,对制备MnO2的微观结构影响较小。对于微波法原位复合CNTs/MnO2随着CNTs含量的增加,MnO2的比电容逐渐增加,最大值为382.3 F.g-1。这主要归功于碳纳米管在MnO2体系中形成良好的导电网络,提高复合材料的导电性,有利于质子传输和提高MnO2活性材料的利用率。对于微波法原位复合GNPs/MnO2,MnO2比容量最大为133.9 F/g。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 超级电容器的国内外研究进展
• 1.2.1 超级电容器的特点及用途
• 1.2.2 超级电容器研究现状
• 1.2.3 应用研究现状
• 1.3 本论文的选题意义及研究内容
• 1.3.1 选题意义
• 1.3.2 研究内容
• 第2章 实验方法与原理
• 2.1 试剂与仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验设备及仪器
• 2.2 二氧化锰电极的电化学反应机理
• 2.3 电化学测试方法
• 2.3.1 循环伏安测试（CV）
• 2.3.2 恒电流充放电测试
• 2.3.3 交流阻抗测试（EIS）
• 2.4 微观结构测试
• 2.4.1 X射线衍射（XRD）
• 2.4.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 第3章 水热合成二氧化锰
• 3.1 概述
• 3.2 水热合成法制备二氧化锰及表征
• 3.2.1 纳米二氧化锰的制备
• 3.2.2 结构表征及形貌分析
• 3.2.3 电化学性能测试
• 3.3 本章小结
• 第4章 微波法制备纳米二氧化锰
• 4.1 概述
• 4.2 微波合成纳米二氧化锰及表征
• 4.2.1 纳米二氧化锰及电极的制备
• 4.2.2 结构表征及形貌分析
• 4.2.3 电化学性能测试
• 4.3 本章小结
• 2复合电极材料电容性能的研究'>第5章 CNTs/MnO₂复合电极材料电容性能的研究
• 5.1 概述
• 2复合电极材料'>5.2 微波不同时间CNTs/MnO₂复合电极材料
• 5.2.1 CNTs化学处理
• 2复合电极材料的制备'>5.2.2 CNTs/MnO₂复合电极材料的制备
• 5.2.3 结构表征及形貌分析
• 5.2.4 电化学性能测试
• 5.3 不同含量CNTs对复合电极材料性能的影响
• 2复合电极材料的制备'>5.3.1 CNTs/MnO₂复合电极材料的制备
• 5.3.2 结构表征及形貌分析
• 5.3.3 电化学性能测试
• 5.4 本章小结
• 2复合电极材料电容性能的研究'>第6章 GNPs/MnO₂复合电极材料电容性能的研究
• 6.1 概述
• 2复合电极材料'>6.2 微波不同时间合成GNPs/MnO₂复合电极材料
• 2复合电极材料的制备'>6.2.1 GNPs/MnO₂复合电极材料的制备
• 6.2.2 结构表征及形貌分析
• 6.2.3 电化学性能测试
• 6.3 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢