錳系尖晶石型超級(jí)電容器電極材料的制備及表征.pdf

1、學(xué)校代碼：10406分類號(hào)：TQ152學(xué)號(hào)：130080501012南昌航空大學(xué)南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位研究生）錳系尖晶石型超級(jí)電容器錳系尖晶石型超級(jí)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(dǎo)師：師：張國(guó)光教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士學(xué)科、專業(yè)學(xué)科、專業(yè)：材料物理化學(xué)所在單位所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：答辯日期：2016年6月授予學(xué)位單位授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué)南昌航空大學(xué)碩

2、士學(xué)位論文摘要摘要超級(jí)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(chǔ)能元件。因具有充放電效率高、瞬間釋放大電流、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。尤其在電動(dòng)汽車，移動(dòng)通訊，電子設(shè)備，航空航天等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景，引起世界范圍內(nèi)的極大關(guān)注。錳氧化物自身導(dǎo)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(chǔ)能性能，限制了作為超級(jí)電容器電極材料的發(fā)展。針對(duì)MnO2以及尖晶石結(jié)構(gòu)型LiMn2O4材料存在導(dǎo)電性差、離子傳導(dǎo)

3、率低、循環(huán)壽命不高等問題，本文采用一套工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的化學(xué)方法，運(yùn)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(fù)合碳納米管、αMnO2復(fù)合碳納米管、尖晶石結(jié)構(gòu)型LiMn2O4、LiMn2O4復(fù)合碳納米管和Li0.8Mn2O4復(fù)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(duì)錳基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響，并利用X射線衍射儀(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、等檢測(cè)技術(shù)對(duì)錳基復(fù)合材料的

4、結(jié)構(gòu)進(jìn)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(qiáng)氧化性，與具有高可接觸表面積和高電導(dǎo)率的碳納米管發(fā)生氧化還原反應(yīng)。由于KMnO4反應(yīng)時(shí)對(duì)碳納米管管壁發(fā)生了刻蝕現(xiàn)象，因此反應(yīng)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(fù)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(fù)合碳納米管和αMnO2復(fù)合碳納米管。通過測(cè)試不同隧道結(jié)構(gòu)MnO2復(fù)合碳納米管電極

5、的電化學(xué)性能，探討了作為超級(jí)電容器材料不同的反應(yīng)機(jī)制。對(duì)比了不同熱處理溫度條件下制備的αMnO2復(fù)合碳納米管材料電極在Na2SO4溶液中的電化學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)；αMnO2能夠快速存儲(chǔ)大量的Na，αMnO2復(fù)合碳納米管材料在200℃熱處理?xiàng)l件下導(dǎo)電性最好，在電流密度為0.5Ag1時(shí)；比電容能達(dá)到120Fg1。而在αMnO2復(fù)合碳納米管材料在300℃熱處理?xiàng)l件下，電流密度為5Ag1時(shí)；比電容仍然能達(dá)到50Fg1。說明αMnO2復(fù)合碳納米管材

6、料在不同電流密度下的比電容，均能達(dá)到實(shí)際使用的效果。同時(shí)，制備的δMnO2復(fù)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(shí)；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(fù)合碳納米管電極材料，以及不同熱處理溫度下的LiMn2O4、LiMn2O4復(fù)合碳納米管和Li0.8Mn2O4復(fù)合碳納米管材料電極材料，研究了其在L