C-MnOx復合材料的構筑及其超級電容器性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)化石能源日趨枯竭，能源危機不可避免，發(fā)展清潔能源迫在眉睫。而太陽能等清潔能源的不連續(xù)、不穩(wěn)定特性對儲能設備提出了新的要求，因此新型儲能設備備受關注。超級電容器作為一種新型的電化學儲能器件，具有功率密度大、循環(huán)壽命長、價格低廉等優(yōu)點，在電動汽車、備用電源、消費電子產品等諸多領域有著重要的應用。影響超級電容器性能的因素眾多，而電極材料是其中最主要的因素。因此，電極材料成為超級電容器領域的研究熱點。錳基氧化物是一種典型的贗電容材料，它具有

2、理論容量高、廉價易得、毒性低等優(yōu)點，在超級電容器領域有廣闊的應用前景。但是錳基氧化物的導電性差，對其電化學性能產生很大的影響。為了增強錳基氧化物的電化學性能，通常采用提高其導電性的方法，如用其它金屬元素進行摻雜和制備無粘結劑的電極等。其中，采用高導電性的碳材料與錳基氧化物復合是一種最有效的方式。
　　本研究主要內容包括：⑴通過簡單的液相反應將超薄的MnO2納米片分別包覆在零維（碳球，XC）、一維（碳納米管，CNT）和二維（石墨烯，

3、rGO）碳材料表面，并用三電極體系在0.5 M Na2SO4水溶液中對其超級電容性能進行了研究。在1 A g-1的電流密度下，純MnO2的比電容為99.0 F g-1，與不同維度的碳材料復合后，比電容均有所增加。XC@MnO2、CNT@MnO2和 rGO@MnO2復合材料的比電容分別為120.5 F g-1、186.7 F g-1和158.1 F g-1。對復合材料電極電化學行為的差異通過電化學阻抗譜進行了分析，通過對比，CNT@MnO

4、2復合材料電極的界面電荷轉移電阻最小，電解液離子在電極中的擴散系數（9.2?10-10 cm2 s-1）最大。研究結果表明，一維碳材料修飾的MnO2表現出最優(yōu)異的電化學性能，這將為其它類似復合材料在超級電容器領域的應用提供參考。⑵細菌纖維素是一種性能優(yōu)異的生物質碳源，具有獨特的三維網絡結構，能夠大量吸附離子。基于此，我們提出了一種一步制備生物質碳纖維復合材料的方法，為制備高性能的儲能材料提供參考。首先，將細菌纖維素凝膠浸泡在KMnO4水

5、溶液中，待KMnO4進入凝膠中達到平衡后，通過冷凍干燥保持其三維結構，再通過高溫熱解即可得到碳纖維/一氧化錳（CF/MnO）復合材料。可以通過調節(jié)KMnO4溶液的濃度來控制復合材料中 MnO納米粒子的粒徑與含量。在三電極體系中，當KMnO4溶液的濃度為20 mM時的熱解產物（CF/MnO-20）具有最優(yōu)的電化學性能，其比容量在0.5Ag-1的電流密度下可高達192.3Fg-1。此外，以rGO為負極、CF/MnO-20為正極組成的不對稱電