納米二氧化錳的制備、表征及其在超級電容器中的應用研究.pdf

1、能源危機和環(huán)境問題成為二十一世紀人類面臨的共同難題。開發(fā)價廉、安全、性能優(yōu)良、對環(huán)境友好的新能源是解決未來能源和環(huán)境問題的重要途徑。超級電容器是一種介于電池和靜電電容之間的新型儲能元件，瞬時功率大，能夠滿足電動汽車啟動、加速等高功率輸出的需要。同時在移動通訊、航空航天和國防科技等方面也具有極其重要的應用前景。國外超級電容器的研究已經(jīng)進行了大量工作，相關產(chǎn)品已經(jīng)在電動汽車上應用；隨著電動汽車的發(fā)展，我國近年來關于超級電容器的研究也成為一個

2、熱點研究方向。由于超級電容器具有廣闊的應用前景，開展超級電容器電極材料、電解液等應用基礎研究，對電子工業(yè)和電動汽車的發(fā)展都具有重要意義。 本文對超級電容器電極材料－納米MnO2的制備及其物理和化學性能、結構特征及電化學性能進行了系統(tǒng)的研究。用沉淀法和溶膠－凝膠法制備了MnO2，分別對其進行IR、XRD、SEM等一系列物理化學測試，發(fā)現(xiàn)兩種方法都可以合成MnO2，但溶膠-凝膠法制備的MnO2，粒徑均勻，粒徑分布在60~70nm范圍

3、，具有較大的比表面積。 將溶膠-凝膠法獲得的MnO2 制成電極，研究了MnO2 電極在不同電解液中的循環(huán)伏安性能和恒流充放電性能，對電極的制作壓力，導電劑組成，電解液濃度等進行了考察，結果表明制作壓力為20MPa，導電劑乙炔黑和石墨含量分別為5％和10％時電極性能較好，在7M KOH 電解液中，MnO2 電極能夠表現(xiàn)出較好的電容行為，比電容達232F/g，但其電壓范圍窄。在中性和弱酸性電解液中，特別在2.0M (NH4)2SO4

4、 溶液中電極性能相對最佳，比電容為144.5F/g，電壓范圍為0~1.0V(vs.SCE)。 研究了用MnO2與活性炭混合作電極活性材料的超級電容器的性能。通過將MnO2 與活性炭混合得到各種比例的MnO2/活性炭復合材料，發(fā)現(xiàn)與純的MnO2 和活性炭電極材料相比，活性炭的加入，降低了電極的電阻，提高了活性物質的利用率。并且發(fā)現(xiàn)在2.0M (NH4)2SO4 溶液中循環(huán)伏安和恒流充放電測試表明MnO2占活性物質總量的60％時，M

5、nO2/活性炭復合電極具有最佳的超級電容性能。 用活性炭電極作負極，MnO2 作正極，7M KOH 溶液作電解液組裝成MnO2/KOH/AC 混合超級電容器，混合電容器工作電壓高達1.5V，并且具有良好的大電流放電性能和較高的循環(huán)壽命，自放電測試表明混合超級電容器具有極低的自放電率，性能優(yōu)于純的活性炭電容器和MnO2 電容器。 低維材料的制備是當代材料研究領域的一個熱點，在第六章對MnO2 納米線材料作了一些探索性的工作