锰基纳米二元/三元氧化物电极材料的制备及其电化学性能的研究

摘要

能源的短缺和化石能源的大量消耗，使得人们对可持续和可再生新能源的关注度越来越高。近年来，围绕高效储能装置的研究，特别是具有较高功率密度的超级电容器的研究逐渐成为热点。电极材料是决定超级电容器性能的主要因素，对高效能电极材料的探索尤为重要。过渡金属氧化物MnO2储量丰富，成本低廉，理论比电容较高，是一种很有前景的赝电容电极材料。然而，MnO2导电率差，极大地制约了其进一步发展。为了改善二氧化锰自身导电性差的问题，本文主要通过水热法制备出不同晶型的二氧化锰及其复合物和三元锰基氧化物，研究它们作为超级电容器电极材料的电学性能。
　　本研究主要内容包括：⑴加入不同的添加剂，低温水热法制备出一维线状和棒状的α-MnO2，和三维墙状结构的δ-MnO2纳米电极材料。相比于一维结构，三维墙状结构可以供较多的活性位点，促进法拉第电容反应，提高电化学性能。在保持恒电流密度为1A g-1时，三种电极材料的比电容分别为158Fg-1（线状）和106 F g-1（棒状），400 F g-1（三维墙状），但是单一二氧化锰的循环稳定性较差。⑵利用一步水热法制备出NiO纳米带，以获得的纳米氧化镍粉末作为反应物，再通过第二步水热法制备出NiO-MnO2复合物。对复合物形成过程进行探究，随着复合水热反应的进行，二氧化锰纳米微球逐渐在氧化镍纳米带基体上堆积，形成又纳米微球组成的棒状结构。对NiO-MnO2复合物进性电化学测试，测得在电流密度为1 A g-1时，其比电容为212 F g-1，较单一氧化物氧化锰，比电容略有提高，但是相比较于单一的氧化镍，比电容较小，电化学电势窗口有明显增大。⑶三元氧化物被认为是最有前景的电极材料。利用水热法在导电基体泡沫镍上制备出三元氧化物锰酸镍 NiMn2O4，形成片状阵列结构，片与片之间架构成孔结构，有利于电解液离子的传输，缩短扩散路径。在碱性电解液和中性电解液中分别进行电化学测试，不需要加入其他的粘结剂和导电剂，也不需要人工涂覆电极，可大大较小电极的内阻，大大提高电极材料的电化学性能，在电流密度为1Ag-1时，KOH电解液中测得NiMn2O4的比电容为662.5Fg-1，同时直接上在集流体上，可以防止在循环测试过程结构变形和活性物质脱落，提高循环性能，在保持电流密度为10Ag-1循环1000次，比电容在KOH电解液损失了4.3％，在Na2SO4电解液中损失了3.06%，表现出较好的电化学循环稳定性。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 超级电容器简介

1.3 超级电容器的电极材料

1 .4 超级电容器的特点及应用

1.5 锰基纳米材料

1.6 本论文选题背景及主要内容

2 材料制备及表征

2.1 实验化学试剂及设备

2.2 材料表征

3 纳米MnO2的制备及其电化学性能研究

3.1 引言

3.2 实验内容

3.3 结果分析与讨论

3.4 本章小结

4 纳米NiO-MnO2复合物的制备及其电化学性能研究

4.1 引言

4.2 实验内容

4.3 结果分析与讨论

4.4 本章小结

5 三元锰基氧化物的制备及其电化学性能研究

5. 1 引言

5.2 实验内容

5.3 结果分析与讨论

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士硕士学位期间发表的论文