二氧化锰及二氧化锰/石墨烯超级电容器电极材料研究

摘要

超级电容器是一种介于电解电容器和电池之间的新型储能器件，具有比电解电容器更大的比能量，比电池更大的比功率和更长的循环寿命。能够很好的满足电动汽车的启动、加速等高功率密度输出的需要。根据储能原理，超级电容器可以分为双电层电容器和法拉第赝电容电容器。电极材料主要有碳材料、导电聚合物和金属氧化物。
　　本文用水热法合成了二氧化锰和二氧化锰/石墨烯超级电容器电极材料。采用XRD、SEM、BET等物理表征和循环伏安、恒电流充放电、循环放电等电化学测试来研究电极材料的性能，结果如下：
　　反应温度140℃和反应时间9小时为合成MnO2的最适宜条件，该条件下合成的二氧化锰为α-MnO2。SEM分析表明制备的α-MnO2为粉末状，其粒径在40～60 nm左右，最大比表面积为60.17 m2/g，最高比容量为90 F/g。50次充放电循环后其容量为82 F/g，容量保持率为91.11％。
　　经氧化处理后的石墨烯与高锰酸钾进行水热反应，制得二氧化锰与氧化石墨烯复合材料。SEM分析表明该复合材料为多孔蜂窝状，最大比表面积为70.91 m2/g，粒径在40 nm左右，比容量达到158.3 F/g，50次充放电循环后其比容量为156 F/g，容量保持率为98.55％。
　　通过改性的 Hummers方法合成含不同比例石墨烯的二氧化锰/石墨烯复合材料，SEM分析可知其微粒的微观结构呈多孔蜂窝状，最大比表面积达到85.51 m2/g，粒径约为10～20 nm，比容量为192.5 F/g，50次充放电循环后其比容量为190 F/g，容量保持率达到98.7％。该复合材料具有多孔结构且比表面积大，电化学性能较好，可作为超级电容器的电极材料。

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第1章 文献综述

1.1 前言

1.2 超级电容器的分类

1.3 超级电容器电极材料

1.4 石墨烯概述

1.5 二氧化锰与石墨烯复合材料在超级电容器中的应用

第2章 实验原理及方法

2.1 实验原料

2.2 实验设备

2.3 电极材料制备

2.4 材料表征

第3章 二氧化锰材料的制备及其电化学性能

3.1 反应温度对二氧化锰电极材料电化学性能的影响

3.2 反应时间对合成二氧化锰电极材料电化学性能的影响

3.3 本章小结

第4章 二氧化锰与石墨烯复合电极材料

4.1 二氧化锰与氧化石墨烯复合电极材料

4.2 二氧化锰与石墨烯复合材料

4.3 本章小结

第5章 总结

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢