二氧化锰-聚吡咯碳超级电容器电极材料的制备和性能

摘要

超级电容器具有较高的功率密度、能量密度和电容值，而且充电时间短，循环寿命长，是一种很有发展前景的储能装置。超级电容器的电极材料是决定超级电容器性能的关键。聚吡咯(PPy)作为一种导电聚合物材料，其制备简单，环境友好，掺杂可逆，导电率较高，作为超级电容器的电极材料受到了广泛的关注。锰氧化物电极材料也是近年的研究热点，它的价格低廉，来源丰富，比表面积高，电化学性能良好。本论文是将这两种材料结合起来制备一种性能优异的电极材料。
　　本论文通过简单的化学合成方法，制备得到了PPyC的复合材料。并筛选出了最佳活性碳用量，最佳过硫酸钠Na2S2O8的用量，以及最佳吡咯单体的用量。制备出性能好的PPyC材料。并采用循环伏安法，恒电流充放电法，交流阻抗，充放电循环性能测试等方法评价其电化学性能。结果表明当活性炭与氧化剂Na2S2O8与吡咯单体的摩尔质量比为1:3.46:1.73时，所制备的PPyC材料的电化学性质最佳，其比电容可以达到125.8F·g-1。
　　采用微波辅助法，制备新型复合材料MnO2-PPyC。通过改变反应温度，载体用量，来制备不同的MnO2-PPyC，并探究了制备MnO2-PPyC电极的最佳条件为：微波反应条件下，在反应物为20ml0.3M的MnCl2溶液、20ml0.2M的KMnO4溶液，PPyC的质量为0.05g；微波反应器控制温度45℃，时间20min，也就是KMnO4与MnCl2与PPyC的质量比为12：24：1时，得到了最优性能的MnO2-PPyC-b复合材料，其放电比电容可以达到375F·g-1，400次循环充放电后比电容剩余量为347F·g-1。
　　SEM和TEM测试结果表明，制备的MnO2-PPyC都是由很多薄膜组成的花状结构，其中MnO2-PPyC-b的花状结构更均匀，片状膜更薄。MnO2-PPyC-a、MnO2-PPyC-b和MnO2-PPyC-c三种材料的电化学阻抗谱比较可知MnO2-PPyC-b具有最小的电荷传递电阻，说明MnO2-PPyC-b材料比MnO2-PPyC-a和MnO2-PPyC-c更有利于电子的传输。结果表明MnO2-PPyC-b作为超级电容器的电极材料具有优异的可逆性和电容性。

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第1章 绪 论

1.1 超级电容器简介

1.2 超级电容器的分类和工作原理

1.3 超级电容器的研究进展

1.4 超级电容器的应用

1.5 课题的研究背景和意义

1.6 本论文研究内容

第2章 实验方法及原理

2.1 主要试剂及仪器

2.2 电极材料的物性表征

2.3 电极材料的电化学性能表征

2.4 聚吡咯碳（PPyC）的制备方法

2.5 微波法制备二氧化锰-聚吡咯碳（MnO2-PPyC）复合材料

第3章 PPyC复合材料的制备及性能

3.1 PPyC电极材料的制备

3.2 不同活性炭量对PPyC超级电容器性能的影响

3.3 氧化剂用量对合成PPyC材料性能的影响

3.4 不同吡咯单体浓度对制备PPyC材料性能的影响

3.5 本章小结

第4章 MnO2-PPyC复合材料的制备和性能

4.1 MnO2-PPyC电极材料的制备

4.2 PTFE用量对MnO2-PPyC电极材料的影响

4.3 制作电极时压片压力不同对MnO2-PPyC电极材料的影响

4.4 反应温度对MnO2-PPyC制备复合材料影响

4.5 不同PPyC量对MnO2-PPyC复合材料的电化学影响

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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致谢