二氧化錳復(fù)合材料的制備及超電容性能的研究.pdf

1、超級(jí)電容器具有壽命長(zhǎng)、功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具有潛力的儲(chǔ)能設(shè)備之一。超級(jí)電容器根據(jù)儲(chǔ)能機(jī)理可以分為兩類，即雙電層超級(jí)電容器和贗電容超級(jí)電容器。目前，作為贗電容超級(jí)電容器電極材料的過渡金屬氧化物是研究的重點(diǎn)，其中研究較早的有 RuO2、Co3O4、VOx等材料，但是由于價(jià)格昂貴、毒性較大，這些材料難以大規(guī)模推廣。二氧化錳具有比容量高（理論容量達(dá)到1100～1300 F g-1）、價(jià)格低廉、毒性低、儲(chǔ)藏豐富以及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)是近期超級(jí)

2、電容器電極材料研究的熱點(diǎn)。本文立足于二氧化錳材料，對(duì)材料的形貌和電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。同時(shí)，制備了二氧化錳復(fù)合材料，以期獲得性能更好的材料。主要的內(nèi)容有：
　?。?）通過一步光驅(qū)動(dòng)合成法高效的制備了一系列MnO2材料，并探究了不同光照時(shí)間對(duì)材料的形貌和電化學(xué)性能的影響。通過控制光照時(shí)間的不同，樣品的形貌得到控制。合成開始的時(shí)候，樣品開始慢慢由小片簇集而成，形成表面帶刺狀的疏松實(shí)心小球。到了10分鐘的時(shí)候，納米片繼續(xù)堆積在小球的表面

3、，而內(nèi)部則逐漸收縮。直到20分鐘左右，核與殼分離開來，形成蛋黃-殼狀結(jié)構(gòu)。然后核開始慢慢的變小，直至消失，最終在40分鐘左右的時(shí)候形成空心結(jié)構(gòu)。光驅(qū)動(dòng)合成法制備的材料均具有較大的比表面積，疏松的結(jié)構(gòu)也更加利于離子的傳輸，保證了材料較大的比電容和循環(huán)穩(wěn)定性。在1.0 mV s-1的低掃描速度下，在光照時(shí)間分別為5、10、20和40分鐘時(shí)材料的比電容分別為200、158、155和173 F g-1。在1000次恒電流充放電循環(huán)后，5、10、

4、20和40分鐘時(shí)材料的效率分別為85％、89%、98%和87%。從循環(huán)壽命和倍率性能上面來看，20分鐘是最合適的反應(yīng)時(shí)間。
　?。?）選取20分鐘作為實(shí)驗(yàn)的光照時(shí)間，使用光驅(qū)動(dòng)合成法制備了鈷摻雜的MnO2材料，通過改變Co離子的加入量獲得了不同鈷摻雜量的樣品。X射線衍射分析表明，隨著鈷摻雜量的增加，峰位有較明顯的往低角度移動(dòng)的趨勢(shì)。證明了Co摻雜到MnO2材料的晶格之中了。在未摻雜鈷的MnO2的高分辨率透射電鏡圖像中，約0.24

5、nm的晶格條紋間距可以很好地與斜方錳礦型 MnO2的（210）晶面間距匹配，在鈷摻雜后，（210）晶面的晶格條紋間距開始變寬增加至0.26 nm，這與X射線衍射分析的結(jié)果吻合。鈷摻雜后的材料表現(xiàn)出了更好的電化學(xué)性能，在1.0 mV s-1的掃描速度下，摻雜量在2%的材料具有最高的比電容，達(dá)287 F g?1，即使在20 mV s-1的高掃描速度下也能維持50%以上的比電容。
　?。?）通過3-氨丙基三甲基硅烷對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行改性并

6、合成了不同比例石墨烯包覆的MnO2材料，用作超級(jí)電容器電極材料上。X射線衍射、掃描電鏡和透射電鏡等的結(jié)果表明，石墨烯能夠均勻并有效的包覆在MnO2小球的表面。石墨烯復(fù)合 MnO2材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，包括較高的比電容、倍率性能和循環(huán)壽命等。復(fù)合材料在1.0 mV s-1的掃描速度下比電容為312 F g-1，是MnO2同等掃速下的兩倍，同時(shí)其在50.0 mV s-1時(shí)仍能保持96%以上的電容。復(fù)合材料在1000次恒電流充放電后比電