本文選題：超級電容器　切入點：錳氧化物　出處：《蘭州大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：為應(yīng)對能源危機與環(huán)境污染等問題,世界各國都致力于超級電容器的開發(fā)。錳氧化物材料因為儲量豐富、價格低廉、理論比電容大、環(huán)境友好等優(yōu)點得到了超級電容器研究者的廣泛關(guān)注。本論文采用簡單易行的方法制備了兩種類型的MnOx電極,并采用多種物理和電化學(xué)表征方法研究了它們的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能。主要內(nèi)容如下:1.水熱法制備不同價態(tài)和形貌的錳氧化物電極材料及其電化學(xué)性能研究在本章節(jié)實驗中,以高錳酸鉀和具有兒茶酚結(jié)構(gòu)的化合物(鹽酸多巴胺或3,4-二羥基苯基丙酸)為原料,在不改變其它反應(yīng)條件的情況下,通過調(diào)控二者的摩爾配比,以水熱合成的方法制備了一系列不同形貌和晶型的錳類化合物。通過TEM、SEM、XRD和FTIR表征確定了各產(chǎn)物的形貌和晶體結(jié)構(gòu),分別為納米花狀的δ-MnO_2、棒狀的MnOOH、納米顆粒狀的Mn_3O_4、立方形及紡錘形的MnCO_3。將粉末涂覆到集流體上制成電極后,于0.5 M Na2SO_4電解液中研究了它們的電化學(xué)性能,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在5 mV/s的掃描速率下,納米顆粒狀的Mn_3O_4和立方形的MnCO_3的比電容最小,棒狀的MnOOH和紡錘形的MnCO_3比電容居中,而納米花狀的δ-MnO_2具有最好的電容性能,其比電容為307.4 F/g。在經(jīng)過500次充放電循環(huán)后,δ-MnO_2能保留56.2%的初始比電容,可以應(yīng)用到超級電容器中。2.高性能的超級電容器電極材料泡沫鎳/二氧化錳的制備及其電化學(xué)性能研究在本章節(jié)實驗中,通過KMnO_4和HAc之間簡單的氧化還原反應(yīng)直接在泡沫鎳的表面上負載了MnO_2材料,該復(fù)合材料可以直接作為電極使用。通過TEM和SEM表征發(fā)現(xiàn)成功負載的MnO_2為相互交聯(lián)的納米片狀結(jié)構(gòu),并通過CV和GCD等電化學(xué)表征方法研究了該復(fù)合材料的電化學(xué)性能。泡沫鎳/MnO_2復(fù)合材料結(jié)合了MnO_2的高電容性能、3D多孔泡沫鎳的高比表面積和高導(dǎo)電性的優(yōu)勢,使其較之MnO_2粉末電極具有更加優(yōu)異的電化學(xué)性能:較高的比電容(5 mV/s的掃描速率下比電容值高達1095 F/g),較好的倍率性能(即使在100 mV/s的掃描速率下比電容也有499 F/g),較低的內(nèi)部電阻和良好的循環(huán)穩(wěn)定性(經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后能保留54.5%的初始比電容)。
[Abstract]:In order to deal with the problems of energy crisis and environmental pollution, countries all over the world are committed to the development of supercapacitors. In this paper, two types of MnOx electrodes were prepared by a simple and convenient method. The main contents are as follows: 1. The preparation and electrochemical properties of manganese oxide electrode materials with different valence states and morphologies by hydrothermal method were studied in this chapter. Potassium permanganate and catechol-containing compounds (dopamine hydrochloride or 3o 4-dihydroxyphenyl propionic acid) were used as raw materials and their molar ratio was adjusted without changing other reaction conditions. A series of manganese compounds with different morphologies and crystal forms were prepared by hydrothermal synthesis. The morphology and crystal structure of the products were determined by Tem SEM XRD and FTIR. 未 -MnO _ 2 in nanoscale shape, MnOOH in rod shape, Mn3O _ 4 in nano-particle shape, square and spinned-shaped MnCO _ 3s _ 3 respectively. Their electrochemical properties were studied in 0.5m Na2SO_4 electrolyte after the powder was coated on the collector and made into electrode. At the scanning rate of 5 mV/s, nano-granular Mn_3O_4 and square MnCO_3 have the smallest specific capacitance, rod-shaped MnOOH and spindle-shaped MnCO_3 have the middle specific capacitance, while nano-flower-like 未 -MnO2 has the best capacitance. Its specific capacitance is 307.4 F / g. After 500 charge-discharge cycles, 未 -MnO _ 2 can retain an initial specific capacitance of 56.2%. Preparation and Electrochemical Properties of High performance Supercapacitor electrode material Nickel / Manganese dioxide. The MnO_2 material was directly loaded on the surface of nickel foam by a simple redox reaction between KMnO_4 and HAc, and the composite could be used as an electrode directly. It was found by TEM and SEM that the successfully loaded MnO_2 was cross-linked nanoflake structure. The electrochemical properties of the composite were studied by CV and GCD. The nickel foam / MNO _ 2 composite combined the advantages of high capacitance of MnO_2 and high specific surface area and high conductivity of porous nickel foam. It has better electrochemical performance than the MnO_2 powder electrode: the specific capacitance is as high as 1095F / g / g at the scanning rate of 5 mV/s, and the specific capacitance is 499F / g / g (even at the scan rate of #number0# mV/s, the specific capacitance is 49F / g). Low internal resistance and good cycle stability (after 1, 000 charge-discharge cycles, the initial specific capacitance of 54.5% can be retained.
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ137.12;TM53

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本文編號：1629158