納米二氧化錳的制備、表征及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用研究.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題成為二十一世紀(jì)人類(lèi)面臨的共同難題。開(kāi)發(fā)價(jià)廉、安全、性能優(yōu)良、對(duì)環(huán)境友好的新能源是解決未來(lái)能源和環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。超級(jí)電容器是一種介于電池和靜電電容之間的新型儲(chǔ)能元件，瞬時(shí)功率大，能夠滿足電動(dòng)汽車(chē)啟動(dòng)、加速等高功率輸出的需要。同時(shí)在移動(dòng)通訊、航空航天和國(guó)防科技等方面也具有極其重要的應(yīng)用前景。國(guó)外超級(jí)電容器的研究已經(jīng)進(jìn)行了大量工作，相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)在電動(dòng)汽車(chē)上應(yīng)用；隨著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，我國(guó)近年來(lái)關(guān)于超級(jí)電容器的研究也成為一個(gè)

2、熱點(diǎn)研究方向。由于超級(jí)電容器具有廣闊的應(yīng)用前景，開(kāi)展超級(jí)電容器電極材料、電解液等應(yīng)用基礎(chǔ)研究，對(duì)電子工業(yè)和電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展都具有重要意義。 本文對(duì)超級(jí)電容器電極材料－納米MnO2的制備及其物理和化學(xué)性能、結(jié)構(gòu)特征及電化學(xué)性能進(jìn)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(duì)其進(jìn)行IR、XRD、SEM等一系列物理化學(xué)測(cè)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(duì)電極的制作壓力，導(dǎo)電劑組成，電解液濃度等進(jìn)行了考察，結(jié)果表明制作壓力為20MPa，導(dǎo)電劑乙炔黑和石墨含量分別為5％和10％時(shí)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(dá)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(duì)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(jí)電容器的性能。通過(guò)將MnO2 與活性炭混合得到各種比例的MnO2/活性炭復(fù)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(zhì)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(cè)試表明MnO2占活性物質(zhì)總量的60％時(shí)，M

5、nO2/活性炭復(fù)合電極具有最佳的超級(jí)電容性能。 用活性炭電極作負(fù)極，MnO2 作正極，7M KOH 溶液作電解液組裝成MnO2/KOH/AC 混合超級(jí)電容器，混合電容器工作電壓高達(dá)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(cè)試表明混合超級(jí)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(dāng)代材料研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，在第六章對(duì)MnO2 納米線材料作了一些探索性的工作