錳系尖晶石型超級電容器電極材料的制備及表征.pdf

1、學校代碼：10406分類號：TQ152學號：130080501012南昌航空大學南昌航空大學碩士學位論文（學術(shù)學位研究生）錳系尖晶石型超級電容器錳系尖晶石型超級電容器電極材料的制備及表征電極材料的制備及表征碩士研究生：碩士研究生：徐康導師：師：張國光教授申請學位級別申請學位級別：碩士學科、專業(yè)學科、專業(yè)：材料物理化學所在單位所在單位：材料科學與工程學院答辯日期：答辯日期：2016年6月授予學位單位授予學位單位：南昌航空大學南昌航空大學碩

2、士學位論文摘要摘要超級電容器是介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種新型綠色儲能元件。因具有充放電效率高、瞬間釋放大電流、維護成本低等優(yōu)點，具有非常廣泛的應用領域。尤其在電動汽車，移動通訊，電子設備，航空航天等領域具有巨大的應用前景，引起世界范圍內(nèi)的極大關(guān)注。錳氧化物自身導電性較差，很難通過改變錳系氧化物電極的活性物質(zhì)，來提高電極的儲能性能，限制了作為超級電容器電極材料的發(fā)展。針對MnO2以及尖晶石結(jié)構(gòu)型LiMn2O4材料存在導電性差、離子傳導

3、率低、循環(huán)壽命不高等問題，本文采用一套工藝簡單、成本低廉的化學方法，運用水熱合成法制備具有不同隧道結(jié)構(gòu)的錳基電極材料；αMnO2、δMnO2復合碳納米管、αMnO2復合碳納米管、尖晶石結(jié)構(gòu)型LiMn2O4、LiMn2O4復合碳納米管和Li0.8Mn2O4復合碳納米管材料，并且系統(tǒng)的研究了不同工藝參數(shù)、合成條件等因素對錳基復合材料結(jié)構(gòu)及電化學性能的影響，并利用X射線衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、等檢測技術(shù)對錳基復合材料的

4、結(jié)構(gòu)進行了表征。本論文中，第一部分采用水熱合成的方法，利用高錳酸鉀的強氧化性，與具有高可接觸表面積和高電導率的碳納米管發(fā)生氧化還原反應。由于KMnO4反應時對碳納米管管壁發(fā)生了刻蝕現(xiàn)象，因此反應得到的納米MnO2微粒不僅可以沉積在碳納米管表面，而且可以深入到碳納米管的管壁間，增大MnO2負載量就可以提高材料比電容的。通過控制不同的合成條件制備了；δMnO2復合碳納米管和αMnO2復合碳納米管。通過測試不同隧道結(jié)構(gòu)MnO2復合碳納米管電極

5、的電化學性能，探討了作為超級電容器材料不同的反應機制。對比了不同熱處理溫度條件下制備的αMnO2復合碳納米管材料電極在Na2SO4溶液中的電化學性能。研究發(fā)現(xiàn)；αMnO2能夠快速存儲大量的Na，αMnO2復合碳納米管材料在200℃熱處理條件下導電性最好，在電流密度為0.5Ag1時；比電容能達到120Fg1。而在αMnO2復合碳納米管材料在300℃熱處理條件下，電流密度為5Ag1時；比電容仍然能達到50Fg1。說明αMnO2復合碳納米管材

6、料在不同電流密度下的比電容，均能達到實際使用的效果。同時，制備的δMnO2復合碳納米管電極也具有較好的容量保持率和循環(huán)穩(wěn)定性，在電流密度為0.5Ag1時；比容量為132.5Fg，循環(huán)1000次后的容量保持率為86.83%。第二部分同樣采用了水熱合成的方法，制備了不同碳納米管含量的LiMn2O4復合碳納米管電極材料，以及不同熱處理溫度下的LiMn2O4、LiMn2O4復合碳納米管和Li0.8Mn2O4復合碳納米管材料電極材料，研究了其在L