不銹鋼基碳納米管陣列-MnO2復(fù)合電極的制備及電容性能研究.pdf

1、超級電容器作為一種高效的能量存儲裝置，具有廣闊的應(yīng)用前景。碳納米管因具有高的比表面積和良好的導(dǎo)電性，是超級電容器研究的熱點材料，但制備過程通常采用催化劑和粘結(jié)劑，對電化學(xué)性能和力學(xué)性能存在嚴(yán)重影響。本論文在316L不銹鋼表面進行化學(xué)氣相沉積(CVD)制備碳納米管陣列，無需外源催化劑和粘結(jié)劑，即可用于超級電容器電極。直接在不銹鋼基體上生長的碳納米管陣列與基底結(jié)合牢固，接觸電阻極小，具有很高的比表面積。通過可控氧化使碳納米管陣列暴露出更多的

2、邊平面結(jié)構(gòu)以提升電化學(xué)活性。通過負(fù)載高電容活性的過渡金屬氧化物MnO2，有效改善半導(dǎo)體MnO2導(dǎo)電性和倍率性能。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)在316L不銹鋼表面通過化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管陣列，再經(jīng)過化學(xué)氧化處理，可控暴露出碳納米管的邊平面，電極的親水性得到極大提高。通過電化學(xué)方法沉積MnO2納米材料，以1.0mol/L Na2SO4和0.2mol/L Mn(Ac)2的混合電解質(zhì)溶液，通過調(diào)整電沉積時間(400s，800s，1

3、200s)實現(xiàn)MnO2/CNTs復(fù)合結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和電化學(xué)性能的提高。測試表明，沉積800s所制備的復(fù)合材料電極具有最好的電容性能，未經(jīng)氧化處理的納米碳管陣列上MnO2沉積量很少且不牢固，在循環(huán)穩(wěn)定性測試中MnO2易脫落，循環(huán)1000圈后保留初始電容值的80.1％。而經(jīng)氧化處理的納米碳管陣列上能夠很好的負(fù)載MnO2，在1A/g時比電容可達521F/g,循環(huán)1000圈后，電容值仍保留95.7％。
　　(2)采用熱化學(xué)的方法，在0.03m

4、ol/L KMnO4溶液中，利用納米碳管陣列還原KMnO4得到MnO2，制備MnO2@CNTs納米核殼結(jié)構(gòu)。反應(yīng)時間分別為1h、2h、3h，以探究更好的形貌結(jié)構(gòu)和電容性能。通過兩步簡單反應(yīng)制備的MnO2@CNTs-2h樣品展現(xiàn)鱗片狀MnO2和良好的核殼結(jié)構(gòu);在1mA cm-2電流密度條件下，電容值達221mF cm-2。循環(huán)穩(wěn)定性測試1000圈，電容值保留為88.7％。這里，不銹鋼被用作超級電容器的簡單集流體;生長在不銹鋼上的碳納米管作