NaxMnO2電極材料的電化學(xué)儲能研究.pdf

1、本論文通過制備鈉插層二氧化錳(NaxMnO2)，解決電解液中的Na+在二氧化錳(MnO2)深層擴(kuò)散性差的問題;利用還原氧化石墨烯(rGO)修飾NaxMnO2，改善了它的導(dǎo)電性和電化學(xué)電容性能;將rGO-NaxMnO2固載在TiN基底上，提高了它的循環(huán)穩(wěn)定性和在大電流密度下的電化學(xué)電容性能。
　　(1)設(shè)計(jì)合成NaxMnO2。采用水熱反應(yīng)方法合成MnO2，以MnO2和NaOH為前驅(qū)體，采用固相反應(yīng)方法制備插層化合物NaxMnO2。X

2、RD表征結(jié)果顯示，NaxMnO2由鈉插層二氧化錳化合物Na0.55Mn2O4·1.5H2O和Na0.70MnO2.05兩相組成;SEM形貌表征結(jié)果顯示，NaxMnO2呈帶狀，寬約1-2μm，長約2μm，且NaxMnO2聚集在一起。當(dāng)掃描速率為2mVs-1時(shí)，NaxMnO2/泡沫鎳(NF)的循環(huán)伏安曲線有一對氧化還原峰，表明電解液Na+擴(kuò)散進(jìn)入了NaxMnO2層間并產(chǎn)生嵌入/脫嵌反應(yīng);MnO2/NF的循環(huán)伏安曲線為類矩形，表明電解液Na+

3、吸附在MnO2表面并產(chǎn)生法拉第反應(yīng)。當(dāng)電流密度為0.2Ag-1時(shí)，NaxMnO2與MnO2在0.5M Na2SO4溶液中的比電容分別為133.2Fg-1、18.3Fg-1;當(dāng)電流密度為2.0Ag-1時(shí)，NaxMnO2/NF的比電容為65.7Fg-1，電勢降(IR drop)為0.24V。NaxMnO2/NF與MnO2/NF的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct分別為3.44Ω、18.78Ω;電解液離子的擴(kuò)散阻抗W分別為18.34Ω、1048Ω。以上結(jié)果說

4、明:采用固相反應(yīng)方法合成NaxMnO2，實(shí)現(xiàn)了電解液中的Na+在MnO2深層的良好擴(kuò)散。
　　(2)設(shè)計(jì)合成rGO-NaxMnO2。將NaxMnO2分散在GO溶液中，采用熱還原反應(yīng)方法合成rGO-NaxMnO2。XRD表征結(jié)果顯示，在24度處的峰為rGO的特征峰;SEM形貌表征結(jié)果顯示，NaxMnO2聚集在一起，其表面包裹了一層rGO。當(dāng)電流密度為2.0Ag-1時(shí)，rGO-NaxMnO2/NF的IR drop值和初始比電容分別為0

5、.1V、177Fg-1，此外，rGO-NaxMnO2/NF循環(huán)380次后的比電容為164F g-1，比電容保持率為92.6％。以上結(jié)果說明:利用rGO修飾NaxMnO2后提高了NaxMnO2的導(dǎo)電性和電化學(xué)電容性能。
　　(3)設(shè)計(jì)合成rGO-NaxMnO2/TiN。采用浸漬法將rGO-NaxMnO2固載在TiN基底上制備rGO-NaxMnO2/TiN電極材料。當(dāng)電流密度為2.0Ag-1時(shí)，rGO-NaxMnO2/TiN的IR d