二氧化锰作为超级电容器电极材料的研究

摘要

二氧化锰（MnO2）因其资源丰富、价格低廉和较高的理论比电容（1370F/g）被认为是最具有发展前景的超级电容器材料之一，但二氧化锰在电化学反应过程中晶格结构不稳定，导致材料性能劣化，影响其电化学性能的持续发挥。另外，其较差的导电性能也使其在实际应用中的比电容远远达不到理论容量。本文旨在探讨通过纳米化和掺杂的方法，改善二氧化锰的稳定性和导电性，提高二氧化锰的电化学性能。
　　本研究主要内容包括：⑴通过水热法合成了纳米棒状的二氧化锰，相比于共沉淀法合成的二氧化锰，此法获得的二氧化锰具有较高的比表面积，提供了更多的电化学反应位点，缩短了电解质离子的扩散和传输距离。电化学测试结果表明，纳米棒状的二氧化锰的比电容为134.7Fg-1,明显大于共沉淀的二氧化锰的比电容。功率性能改善明显。电荷转移电阻减小，促使二氧化锰的离子导电性增加。⑵通过水热法合成掺Bi二氧化锰，对其结构和形貌用XRD, XPS, SEM, HRTEM进行表征，并测试其电化学性能。XRD和HRTEM结果显示：掺Bi二氧化锰为α-MnO2，Bi掺杂进α-MnO2晶格中。其电化学性能较α-MnO2有明显改善。在1A/g的电流密度下，掺Biα-MnO2的比电容较同条件合成的纯α-MnO2(129 F/g)提高了1.05倍，达265 F/g；EIS结果则显示掺Bi降低了α-MnO2的电荷传递电阻，增加了其导电性；在循环2000圈后，掺Biα-MnO2容量为最初容量的95％，高于同条件合成的纯α-MnO2的容量保持率。掺Bi有助于改善α-MnO2作为超级电容器电极材料的性能。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 引 言

1.2超级电容器的工作原理

1.3 超级电容器的电极材料

1.4 超级电容器用二氧化锰及其合成

1.5 提高二氧化锰性能的途径

1.6 课题研究的意义和研究内容

第二章 实验方法与仪器

2.1 实验药品和仪器

2.2 材料的物理表征

2.3 电化学性能测试

第三章 纳米化二氧化锰

3.1 引 言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4本章小结

第四章 铋掺杂二氧化锰纳米材料

4.1 引 言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结 论

第五章 结 论

参考文献

科研成果

致谢