基于锰氧化物的超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究

摘要

为应对能源危机与环境污染等问题，世界各国都致力于超级电容器的开发。锰氧化物材料因为储量丰富、价格低廉、理论比电容大、环境友好等优点得到了超级电容器研究者的广泛关注。本论文采用简单易行的方法制备了两种类型的MnOx电极，并采用多种物理和电化学表征方法研究了它们的结构和电化学性能。主要内容如下：　　1.水热法制备不同价态和形貌的锰氧化物电极材料及其电化学性能研究　　在本章节实验中，以高锰酸钾和具有儿茶酚结构的化合物（盐酸多巴胺或3,4-二羟基苯基丙酸）为原料，在不改变其它反应条件的情况下，通过调控二者的摩尔配比，以水热合成的方法制备了一系列不同形貌和晶型的锰类化合物。通过TEM、SEM、XRD和FTIR表征确定了各产物的形貌和晶体结构，分别为纳米花状的δ-MnO2、棒状的MnOOH、纳米颗粒状的 Mn3O4、立方形及纺锤形的MnCO3。将粉末涂覆到集流体上制成电极后，于0.5 M Na2SO4电解液中研究了它们的电化学性能，结果发现，在5 mV/s的扫描速率下，纳米颗粒状的Mn3O4和立方形的MnCO3的比电容最小，棒状的MnOOH和纺锤形的MnCO3比电容居中，而纳米花状的δ-MnO2具有最好的电容性能，其比电容为307.4 F/g。在经过500次充放电循环后，δ-MnO2能保留56.2％的初始比电容，可以应用到超级电容器中。　　2.高性能的超级电容器电极材料泡沫镍/二氧化锰的制备及其电化学性能研究　　在本章节实验中，通过KMnO4和HAc之间简单的氧化还原反应直接在泡沫镍的表面上负载了 MnO2材料，该复合材料可以直接作为电极使用。通过 TEM和SEM表征发现成功负载的MnO2为相互交联的纳米片状结构，并通过CV和GCD等电化学表征方法研究了该复合材料的电化学性能。泡沫镍/MnO2复合材料结合了MnO2的高电容性能、3D多孔泡沫镍的高比表面积和高导电性的优势，使其较之 MnO2粉末电极具有更加优异的电化学性能：较高的比电容（5 mV/s的扫描速率下比电容值高达1095 F/g），较好的倍率性能（即使在100 mV/s的扫描速率下比电容也有499 F/g），较低的内部电阻和良好的循环稳定性（经过1000次充放电循环后能保留54.5%的初始比电容）。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 超级电容器简介

1.2.1 超级电容器发展史

1.2.2 研究现状及其应用

1.2.3 超级电容器的分类及储能机理

1.2.4 超级电容器的特性

1.3 超级电容器的电极材料

1.3.1 碳电极材料

1.3.2 导电聚合物电极材料

1.3.3 金属氧化物电极材料

1.3.4 复合电极材料

1.4 MnOx电极材料的研究

1.4.1 MnOx的储能机理（以MnO2为例）

1.4.2 MnO2的结构

1.4.3 MnOx的制备方法（以MnO2为例）

1.4.4 MnOx电极材料的改性（以MnO2为例）

1.5 选题指导思想及研究意义

参考文献

第二章 水热法制备不同价态和形貌的锰氧化物电极材料及其电化学性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 原料

2.2.2 样品的制备

2.2.3 实验仪器和表征方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 形貌表征

2.3.2 晶型表征

2.3.3 结构表征

2.3.4 电化学性能表征

2.4 本章小结

参考文献

第三章 高性能的超级电容器电极材料泡沫镍/二氧化锰的制备及其电化学性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 原料

3.2.2 样品制备

3.2.3 样品表征和电化学测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 材料表征

3.3.2 电化学性能表征

3.4 本章小结

参考文献

主要结论

在学期间研究成果

致谢