氧化錳-碳納米復(fù)合材料在儲能設(shè)備中的應(yīng)用.pdf

1、鋰離子電池由于能量密度高、放電效能好、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)而在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)的石墨負(fù)極，目前研究較多的鋰離子電池負(fù)極材料是碳納米管(CNT)、石墨烯及其復(fù)合材料。石墨烯和碳納米管具有良好的導(dǎo)電性，但是它們的理論容量不高;相反錳的氧化物具有較高的理論容量，但其導(dǎo)電性差。研究表明，在錳的氧化物中加入導(dǎo)電碳材料，應(yīng)用于電池材料及電容器材料中，具有良好的充放電性能。本文立足于氧化錳/碳復(fù)合材料在儲能設(shè)備中的應(yīng)用，制備了納米MnO

2、2/CNTs和納米Mn3O4/RGO（RGO:還原氧化石墨烯）等不同納米復(fù)合材料，并探究了其作為鋰離子電池負(fù)極材料的充放電性能以及應(yīng)用在超級電容器中的電容性能。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以高錳酸鉀(KMnO4)為原料，采用水熱法，通過控制不同反應(yīng)時(shí)間制備了納米MnO2。結(jié)果表明，在150℃下反應(yīng)12h制得的納米MnO2為形貌均一的納米棒狀結(jié)構(gòu)。然后以CNT和KMnO4為原料，在未添加表面活性劑的條件下，通過水熱法制備了MnO2

3、/CNTs納米復(fù)合物。實(shí)驗(yàn)分別采用經(jīng)酸化處理的和未經(jīng)酸化處理的CNT作為原料制備了MnO2/CNTs納米復(fù)合物Mn-CNT_1和Mn-CNT_2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明酸化處理CNT后制備的納米復(fù)合物具有更好的充放電性能。通過改變原料KMnO4的質(zhì)量來控制MnO2在CNT中的負(fù)載率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原料CNT和KMnO4的質(zhì)量比為1∶3時(shí)，制備的納米復(fù)合物表現(xiàn)出最優(yōu)異的電化學(xué)性能，其首次庫倫效率可達(dá)到78.2％，經(jīng)過25次循環(huán)后仍可達(dá)到72.4％。實(shí)

4、驗(yàn)還探究了退火過程對材料結(jié)構(gòu)性能的影響，從透射電子顯微鏡(TEM)照片可以看到經(jīng)過退火處理后納米復(fù)合材料的粒子尺寸減小，并且具有更好的電化學(xué)性能。另外，對MnO2/CNTs納米復(fù)合物進(jìn)行了電容測試，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的電容性能要好于純相納米MnO2材料的電容性能。
　　(2)以石墨為原料，采用改進(jìn)的Hummers法制備了氧化石墨烯(GO)。以醋酸錳為原料，采用水合肼作為還原劑的方法制備了納米Mn3O4。以醋酸錳和GO為原料在類似條件下制