二氧化锰/碳基复合电极材料的制备及其电化学性能

【摘要】作为一种绿色无污染的新型储能装置,超级电容器以其高的能量密度和功率密度,优异的循环性能引起了众多研究者的关注。二氧化锰价格低廉、电容性能优异和环境友好,但是MnO2的导电性较差且法拉第反应是表面反应,使得Mn02的应用受到限制。将MnO2与碳材料复合可以有效改进二氧化锰的导电性及电容利用率,提高其电容响应；本文分别使用两种不同形貌的碳作为骨架,水热条件下利用碳材料自身的还原性,与高锰酸钾反应,原位法制备了形貌均一、性能较好的CMS/MnO2和IPC/MnO2复合电极材料。采用SEM、BET、XRD、TGA对复合物的形貌、孔结构和晶体结构进行表征,采用循环伏安法、恒流充放电、交流阻抗及循环寿命测试进行电化学性能的研究。结果表明：CMS/MnO2复合物中MnO2纳米片均匀地负载在碳的表面,形成绣球状结构,MnO2纳米片具有典型的K-Birnessite型晶体结构,其中MnO2的含量约为62%,比容量为301F/g。随着反应时间的增长,CMS/MnO2复合物的比容量呈现先增长后保持不变的趋势,并且随着温度的升高碳材料表面负载的MnO2纳米片逐渐变薄甚至发生卷曲。在IPC/MnO2复合电极材料中,生成的MnO2也能均匀地负载在互通多孔碳的表面,形成多层次结构,并且随着温度的升高互通多孔碳表面负载的MnO2由纳米颗粒变为纳米片状结构。复合物中MnO2的含量约为34%,最高比电容达到了411F/g,并随着反应温度的升高,比容量呈现增长的趋势。另外,由于金属氧化物电容器还存在工作电压低、能量密度小的问题,所以本文以IPC/MnO2为正极,活性炭为负极,1mol/LNa2SO4溶液为电解液组装成IPC/MnO2//AC混合超级电容器,发现IPC/MnO2电极的电容器其电位窗口从1V扩展到1.8V,容量可达86F/g,且表现出良好的电容特性和大电流放电性能。
【作者】张宣宣；
【导师】康龙；冉奋；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料学，2014，硕士
【关键词】超级电容器；碳基材料；二氧化锰；复合电极材料；电化学性能；

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