錳氧化物電極材料的制備及其在堿性介質(zhì)中的電容特性研究.pdf

1、錳氧化物比容量高、環(huán)境友好、原料來源豐富，成為近年來超級電容器電極材料領(lǐng)域的研究熱點。由于錳氧化物的導(dǎo)電率低，機械穩(wěn)定性差，使其實際容量遠(yuǎn)低于理論容量。本實驗通過調(diào)控制備工藝獲得不同晶體結(jié)構(gòu)和不同形貌的錳氧化物，利用元素?fù)诫s、碳包覆等方法對所制備的錳氧化物進行改性，提高了材料的電化學(xué)性能，并研究其微觀結(jié)構(gòu)變化及其在堿性電解液中的電化學(xué)性能改善的機制。
　　通過液相沉淀法制備了水鈉錳礦的二氧化錳納米顆粒。并通過摻雜鈷，鋁等離子提高了

2、其電化學(xué)性能。紅外以及XPS結(jié)果顯示，Al的加入增強了Mn-O鍵之間的鍵合，從而提高了電化學(xué)循環(huán)過程中的穩(wěn)定性。根據(jù)原位的pH檢測顯示雜質(zhì)離子的加入,降低了液相反應(yīng)的反應(yīng)速率,從而降低了產(chǎn)物的團聚程度,最終使得產(chǎn)物具有更規(guī)則的形貌。
　　通過水熱法制備了鈰摻雜的多孔δ-MnO2納米花球。研究顯示，鈰的加入并未改變二氧化錳的結(jié)構(gòu)，僅僅改變了其表面形貌。鈰的加入改善了材料的電化學(xué)循環(huán)性能及可逆性能。并且當(dāng)鈰摻雜量為1.5％時，材料具有

3、最優(yōu)的電化學(xué)性能，在1A g-1的電流密度下比容量可達(dá)382.4F g-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未摻雜的290F g-1。這種優(yōu)異的電化學(xué)性能來源于電極/電解液界面的低的電化學(xué)阻抗以及顆粒減小和多孔性所帶來的快的離子傳輸速度。
　　采用溶劑熱結(jié)合熱分解的方法制備了Mn2O3介晶。并通過改變葡萄糖的含量以及通過調(diào)節(jié)溶劑中乙醇的比例來控制所合成介晶的形貌。結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶劑中加入乙醇之后形貌由梭形變?yōu)閱♀徯?，比表面積以及電化學(xué)性能也得到了一定的提高。研

4、究發(fā)現(xiàn)與納米Mn2O3相比，介晶Mn2O3更適合作為超級電容器電極材料，并且發(fā)現(xiàn)介晶Mn2O3材料比納米材料具有對贗電容更高的貢獻率。
　　通過水熱結(jié)合高溫?zé)峤獾姆椒ㄖ苽淞硕嗫准{米晶Mn3O4六角形片，通過調(diào)整KOH以及葡萄糖的含量可以精確控制六角形片的形貌尺寸以及結(jié)構(gòu)。在生成產(chǎn)物的過程中KOH控制著孔的形成以及六角形片的形狀，葡萄糖能選擇性的吸附在(001)晶面，控制(001)晶面的生長從而控制著六角形片的厚度；所制備的六角形片

5、狀結(jié)構(gòu)Mn3O4材料具有優(yōu)良的電化學(xué)特性。這與材料獨特的片狀結(jié)構(gòu)以及多級孔道分布有著很大的關(guān)系；并且以Mn3O4電極為正極，多孔碳電極為負(fù)極制備了不對稱超級電容器。電壓窗口可達(dá)1.5V。結(jié)果顯示在功率密度為207.3W kg-1時，能量密度可達(dá)17.276Wh kg-1。
　　采用高溫固相結(jié)合恒電流充放電的方法制備了一種多級分布的錳氧化物/碳多孔花球，并展現(xiàn)出了良好的電化學(xué)特性。這種優(yōu)良的電化學(xué)特性與以下幾個方面有關(guān):多孔狀結(jié)構(gòu)使

6、得電解液與內(nèi)部材料之間的接觸更加容易；高石墨相的碳帶穿插其中形成了碳導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高了材料的導(dǎo)電性；碳帶的穿插使得材料的機械性能得到了提高；錳氧化物與碳材料之間的高相界面結(jié)合加速了低價錳的轉(zhuǎn)變，并且能夠使得一些惰性物質(zhì)重新變?yōu)榛钚晕镔|(zhì)，從而提高了電化學(xué)穩(wěn)定性。同時也深入分析了碳在材料的轉(zhuǎn)化過程中對材料形貌以及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化中起的重要作用。由于碳的加入，使得材料轉(zhuǎn)化過程中活性位點增多，這就加速了材料的活化，外延生長的過程更加迅速，生成的片層結(jié)構(gòu)更