碳球-MnO2的水熱合成及超級電容性能研究.pdf

1、超級電容器(supercapacitor)，即電化學電容器，是一種新型的儲能器件，兼具傳統(tǒng)電容器和電池共同特性，主要由電極活性材料電極、集電極、隔膜、電解液、引線和封裝材料組成。目前，超級電容器的研究主要集中在高性能的電極材料的制備上。超級電容器電極材料可以分為三大類：炭材料、金屬氧化物及導電聚合物。隨著社會的發(fā)展，超級電容器作為環(huán)保、節(jié)能、清潔能源的儲能器件將受到社會越來越多的關注，因為其功率密度高、充電速度快、使用壽命長、低溫性能優(yōu)

2、越、可長時間放置、可靠性高等諸多優(yōu)點，可以被廣泛應用于電動汽車、智能水表、智能電網(wǎng)、軍事及相關領域。因此，超級電容器蘊藏著很好的發(fā)展前景。
　　 本論文選定水熱碳球、廉價的二氧化錳及其復合物作為超級電容器的電極材料，結合多種電化學測試手段和材料表征方法，對電極材料的制備、電容特性、材料的合成機理及應用等進行了探討和研究：主要研究工作及內容概況如下：
　　 1)系統(tǒng)地研究了水熱法制備納、微米碳球的方法，探討了不同反應時間、

3、反應溫度及反應物濃度等制備條件對碳球形成產(chǎn)生的影響，并結合SEM、TEM及相關文獻分析了碳球的生長機理。反應溫度范圍在180℃-240℃，反應時間范圍在6h-24h，反應物濃度在0.025mol/L-0.1mol/L，制備出的碳球直徑為40～380nm。通過探索電極的制備工藝，利用循環(huán)伏安、恒電流充放電及交流阻抗等測試手段，研究了碳球基超級電容器的電容特性。研究發(fā)現(xiàn)，①通過調節(jié)反應條件，可以制得納米級碳球，且粒徑越小，越容易發(fā)生熔合，生

4、成花生狀或鏈狀碳球；②粒徑越小所得碳球比表面積越高，高比表面積水熱碳球作超級電容器的電極材料，表現(xiàn)出良好的雙電層電容行為，電極的可逆性良好。
　　 2)通過水熱法制備了不同晶型、不同形貌的MnO2粉末電極材料。研究了不同反應物濃度對生成物晶型的影響，及不同晶型的MnO2電極材料對電容特性和循環(huán)壽命的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在高錳酸鉀與五水硫代硫酸鈉的濃度比為1:1時，得到顆粒狀MnO2粉末，晶型為α型；當濃度比為1:2時，制得納米線狀M