本文關(guān)鍵詞：錳氧化物超級電容器電極材料的制備和性能

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【摘要】：超級電容器也稱電化學電容器是一種介于電池與傳統(tǒng)靜電電容器之間的新型儲能器件,與電池相比,超級電容器具有更大的功率密度,且具有大電流充放電、短時間內(nèi)完成充電、充放電效率高、循環(huán)壽命長的特點;與傳統(tǒng)靜電電容器相比,超級電容器具有更高的比電容量。超級電容器的研究對我國未來能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、新型能源的開發(fā)和利用有著深遠的理論意義和現(xiàn)實意義。電極材料的性能是超極電容性能好壞至關(guān)重要的因素,本文主要以廉價的錳的氧化物作為超級電容器的電極材料,研究了用不同方法制備錳氧化物的形貌及電容特性。采用不同方法制備了四種錳氧化物電極材料:MnO2(a)、MnO2(b)、MnO2(c)和Mn3O4(d)。通過循環(huán)伏安法、交流阻抗法、恒電流充放電、循環(huán)性能測試等電化學測試方法和X-射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡等物性表征,研究了所得材料的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌和電容特性。經(jīng)過系列的比較,得出最佳電極材料為采用MnCl2?4H2O/KMnO4液相沉淀法制備的錳氧化物MnO2(a)。研究發(fā)現(xiàn)用四種方法制備的錳氧化物其形貌有很大的不同,MnO2(a)為無數(shù)薄層的MnO2生長出的規(guī)則的200?300 nm的球狀結(jié)構(gòu);MnO2(b)為較厚的MnO2片生長出的球狀結(jié)構(gòu);MnO2(c)為粒徑為5?8 nm的顆粒狀結(jié)構(gòu);Mn3O4(d)是由直徑5?10nm,長度200-500 nm的棒狀晶體組成的2?m左右的球體。制備出的四種電極材料MnO2(a)、MnO2(b)、MnO2(c)和Mn3O4(d)的比電容分別為203.0、159.9、173.5和137.5 F?g-1,充放電效率分別為97.7%、89.8%、64.9%和63.7%。電荷傳遞電阻分別為0.76、1.42、1.05和1.75Ω。實驗結(jié)果表明四種錳氧化物電極材料比較,MnO2(a)作為超級電容器的電極材料具有最好的可逆性和電容特性。MnO2(a)制備方法中反應(yīng)濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、反應(yīng)物加入順序、熱處理溫度、碳材料等最佳合成工藝條件為:KMnO4/MnCl2摩爾比2:3,反應(yīng)濃度為0.3mol?L-1 MnCl2溶液和0.2mol?L-1 KMnO4溶液,反應(yīng)溫度60℃,反應(yīng)時間6 h。反應(yīng)物加入順序為先加KMnO4溶液再加MnCl2溶液。最佳熱處理溫度為80℃,最佳碳材料為活性炭。
【關(guān)鍵詞】：二氧化錳 四氧化三錳 超級電容器
【學位授予單位】：哈爾濱師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM53
【目錄】：

• 摘要11-12
• Abstract12-14
• 第1章 緒論14-29
• 1.1 超級電容器簡介14-17
• 1.1.1 超級電容器的發(fā)展歷史14-15
• 1.1.2 超級電容器的結(jié)構(gòu)15
• 1.1.3 超級電容器的分類15
• 1.1.4 超級電容器特點15-16
• 1.1.5 超級電容器的用途16-17
• 1.2 超級電容器的工作原理17-20
• 1.2.1 雙電層電容器工作原理17-18
• 1.2.2 法拉第贗電容器的工作原理18-20
• 1.2.3 雙電層電容器與法拉第贗電容器之間的區(qū)別20
• 1.3 超級電容器的研究進展20-23
• 1.3.1 超級電容器中電極材料的研究進展20-22
• 1.3.2 電解質(zhì)溶液的研究進展22-23
• 1.4 二氧化錳電極材料的研究現(xiàn)狀23-27
• 1.4.1 二氧化錳的晶型結(jié)構(gòu)與性能23-24
• 1.4.2 二氧化錳的制備方法24-25
• 1.4.3 二氧化錳電極材料在電解質(zhì)溶液中的反應(yīng)機理25-26
• 1.4.4 二氧化錳在超級電容器中的應(yīng)用機理26-27
• 1.5 課題研究的背景和意義27
• 1.6 本論文研究內(nèi)容27-29
• 第2章 實驗原理及測試方法29-37
• 2.1 實驗部分29-32
• 2.1.1 實驗藥品和儀器29-30
• 2.1.2 錳氧化物的制備工藝30-32
• 2.1.3 電極的制備工藝32
• 2.2 電極材料的物性表征32-33
• 2.2.1 X-射線衍射分析（XRD）32
• 2.2.2 掃描電鏡分析（SEM）32
• 2.2.3 透射電鏡分析（TEM）32-33
• 2.3 電極材料的電化學性能表征33-37
• 2.3.1 循環(huán)伏安法測試33-34
• 2.3.2 交流阻抗測試34-35
• 2.3.3 恒電流充放電測試35
• 2.3.4 循環(huán)性能測試35-37
• 第3章 不同方法制備錳氧化物電極材料的物性表征與電化學性能37-51
• 3.1 XRD測試37-38
• 3.2 SEM和TEM測試38-43
• 3.3 循環(huán)伏安法測試43-47
• 3.4 交流阻抗測試47-48
• 3.5 恒電流充放電測試48-49
• 3.6 循環(huán)性能測試49
• 3.7 本章小結(jié)49-51
• 第4章 液相沉淀法MnCl_2×4H_2O/KMnO_4制備的MnO_2電極材料性能優(yōu)化51-59
• 4.1 不同反應(yīng)濃度51-52
• 4.1.1 實驗步驟51
• 4.1.2 樣品的電容性質(zhì)51-52
• 4.2 不同反應(yīng)溫度52-53
• 4.2.1 實驗步驟52-53
• 4.2.2 樣品的電容性質(zhì)53
• 4.3 不同反應(yīng)時間53-55
• 4.3.1 實驗步驟53-54
• 4.3.2 樣品的電容性質(zhì)54-55
• 4.4 反應(yīng)物加入順序55-56
• 4.4.1 實驗步驟55
• 4.4.2 樣品的電容性質(zhì)55-56
• 4.5 熱處理溫度56-57
• 4.5.1 實驗步驟56
• 4.5.2 樣品的電容性質(zhì)56-57
• 4.6 不同碳材料57-58
• 4.6.1 活性炭57
• 4.6.2 納米石墨57
• 4.6.3 聚苯胺與活性炭混合材料57-58
• 4.6.4 樣品的電容性質(zhì)58
• 4.7 本章小結(jié)58-59
• 結(jié)論59-60
• 參考文獻60-67
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文67-69
• 致謝69

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王曉峰,梁吉;碳納米管超級電容器-鋰離子電池復合電源在GSM移動通訊中的應(yīng)用[J];電子器件;2004年04期

2 張寶宏,張娜;納米MnO_2超級電容器的研究[J];物理化學學報;2003年03期

3 文建國,周震濤;MnO_2超級電容器材料在中性電解質(zhì)中的電化學特性[J];中國錳業(yè);2004年02期

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本文編號：608393