MnO2的制备及作为超级电容器电极材料的研究

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超级电容器是一种新型的储能器件,是新能源领域的研究热点,但超级电容器有着较低的能量密度,因此增大超级电容器的能量密度是研究者们努力的方向。二氧化锰(MnO2)和氧化钌的性质相似,虽然它的比电容相对偏低,导电性差,但它在自然界中资源丰富、价格低廉、环境友好、理论容量高、具有较宽的电化学窗口。因此,广泛应用于超级电容器电极材料。本论文通过水热法制备二氧化锰电极材料,优化实验条件,并通过掺杂碳纳米管提高二氧化锰的比容量。另外通过水热法制备硅藻土载二氧化锰电极材料。本文采用SEM、XRD等表征方法,并用电化学性能测试手段如循环伏安、恒流充放电和交流阻抗来对材料进行电化学性能的评估,具体的研究内容如下:(1)水热反应的温度和时间对MnO2的结构形貌和电化学性能均有影响。以硫酸锰和高锰酸钾为原料,分别控制反应时间和反应温度制备出不同的二氧化锰电极材料,并对不同的反应温度和反应时间下二氧化锰电极材料进行表面形貌和电化学性能测试。得出在反应时间10 h,温度为140 ℃时得到的二氧化锰电极材料的表面形貌及电化学性能最好,放电比容量为241.03 F/g。(2) MnO2中掺杂碳纳米管的比例对其电化学性能有很大的影响。本文制备了MnO2中含碳纳米管5%、10%、20%、40%和60%的复合电极。随着碳纳米管含量的增加,MnO2碳纳米管电极的比电容先增大后减小,在碳纳米管含量为20%时,复合电极的比电容达到最大352.15 F/g。得到的复合材料的比电容比最佳条件下制备的纯相MnO2的比电容提高了 46%。(3)以硫酸锰和高锰酸钾为原料,制备过程中加入硅藻土,分别控制反应温度和硅藻土的添加量制备出硅藻土载二氧化锰电极材料,并对不同的反应温度和不同添加量下硅藻土载二氧化锰电极材料进行表面形貌和电化学性能测试。在温度为140℃得到的电极材料电化学性能最好,改变硅藻土的掺杂量,随硅藻土含量的增加,硅藻土载二氧化锰电极材料的比电容先增大后减小,在硅藻土含量为120 mg时,复合电极的比电容达到最大328.56 F/g。得到的复合电极的比电容比比最佳条件下制备的纯相MnO2的比电容提高了 36%。
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