论文摘要
超级电容器是一种介于二次电池和传统电容器之间的新型储能装置,与普通电池相比它具有更大的比功率和更长的循环使用寿命,与传统电容器相比它具有更大的比能量。它能满足如电动汽车启动、加速等高功率输出的需要,也能用于电路元件、小型电器和直流开关电源等,具有广阔的应用前景,近年来已成为研究的热点。该文以廉价二氧化锰作为超级电容器的电极材料,系统研究了不同制备方法及不同晶体结构的二氧化锰的电容性能。采用多种现代物理测试手段和电化学研究方法研究了材料制备、电容特性、影响因素、及电解质溶液的选取等问题。主要内容如下:（1）采用溶胶-凝胶法制备出二氧化锰电极材料,研究了反应条件对产物的影响,得出:当前躯体柠檬酸与醋酸锰的配比为0.4:1、pH=6、煅烧时间为10h时,产物含量最高,经X射线衍射分析产物为α-MnO2和γ-MnO2组成的混合晶相。通过扫描电镜（SEM）分析表明产物呈球形,平均粒径约为200nm。此种方法制备的二氧化锰具有良好的电容特性。利用循环伏安和恒流充放电等手段,详细考察了二氧化锰电极在几种中性电解液中的电容性能,结果表明:以NaCl溶液作为电解质,二氧化锰电极可获得良好的电容特性且电容量最大,可以达到118.6F/g;以K2SO4溶液为电解液比容量最小,只有20.4 F/g。并且研究了二氧化锰在不同浓度的KOH溶液中的电容性能,实验结果表明:在7mol/L KOH溶液中,能够表现出良好的超级电容特性,其比容量最大可以达到121.2F/g。（2）采用液相氧化-还原法制备了层状二氧化锰电极材料,实验考察了反应温度、碱用量等条件对产物的晶体结构的影响。经XRD分析在温度为25±3℃,n（OH-）:n(Mn2+)≧ 6时制备的产物为层状结构,经热重分析表明结构稳定。在7mol/LKOH溶液中进行循环伏安测试,电压范围为-200600mV时电容性能表现最好,当扫描速度为5mV/s时电容量可以达到286F/g。实验还研究了扫描速度对电极比容量的影响,结果表明增加扫速时比容量减少。经150次循环后电容量开始下降,但达到200次时电容量仍保持在200F/g以上,说明材料循环性能较好。（3）以溶胶-凝胶法制备的二氧化锰为基础,通过改性处理,得到了添加铝氧化物的二氧化锰复合材料。经XRD测试表明添加铝氧化物后的二氧化锰晶型并没有改变,只是在峰强度上有所变化。它们的循环伏安测试表明掺杂可以改进二氧化锰的电容特性,提高电容器的电化学性能。且当添加剂的添加量为1%时,复合材料的比容量最高。计算得出电容量由原来的121.2 F/g提高到165 F/g,经200次循环后电容量仍保持在92%以上。