四氧化三锰复合材料的制备及其超级电容性能研究

发布时间：2017-05-26 14:26

  本文关键词：四氧化三锰复合材料的制备及其超级电容性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超级电容器又称电化学电容器,黄金电容器,是一种新型储能元件,它不仅功率密度高,循环寿命长,并且对环境友好,绿色无污染。在电动汽车、电子通讯等方面具有广阔的应用前景,电极材料的性能是影响电容器性能的关键因素,因此制备出具有电容量大,循环稳定性良好等高性能的电极材料是超级电容器的研究重点。近年来,锰氧化合物由于其具有理想的理论电容量及其他电化学性能而被广泛用于超级电容器电极材料。四氧化三锰(Mn3O4)在常温下只有单一的黑锰矿结构,并且微观结构可控,是作为超级电容器潜在的电极材料之一。然而,由于锰氧化物的导电性较差,限制了其在此方面的进一步发展。目前,将Mn3O4与导电性良好的碳材料进行复合,是提高Mn3O4电化学性能的重要手段。导电炭黑作为一种导电性良好,可以大规模工业化制备,并且廉价,环境友好的碳材料,已被广泛用于超级电容器电极材料及锂离子电池的导电添加剂。本论文试图将Mn3O4直接生长在导电炭黑表面,得到Mn3O4/CB复合材料,通过SEM,XRD等表征手段对材料的微观结构进行分析,并利用循环伏安法,恒电流充放电和交流阻抗等方法材料的电化学性能进行表征。结果发现,Mn3O4/CB复合材料在0.1A/g电流密度下,得到720F/g电容量,在30A/g高电流密度下进行5000圈长时间充放电循,电容保持率为91.6%。为了进一步提高Mn3O4/CB复合材料的性能,我们加入一定量的石墨烯,得到Mn3O4/G/CB复合材料。并研究了在不同的石墨烯、炭黑比例下,Mn3O4/G/CB复合材料的电化学性能,结果发现,石墨烯与炭黑的质量比2:1时来生长Mn3O4能获得最大的比容电量(0.1A/g,661F/g),及最好的循环稳定性(30A/g电流密度下进行5000圈充放电循环后,电容量保持率为69.2%)。通过以上实验,我们得出结论,单独加入炭黑对于提高Mn3O4的电容量和循环稳定性有显著效果,而同时加入炭黑和石墨烯的效果不如单独加入炭黑效果理想。
【关键词】：四氧化三锰 炭黑 石墨烯 超级电容器
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM53
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 引言10-11
• 1.2 超级电容器简介11-15
• 1.2.1 超级电容器发展概述11-12
• 1.2.2 超级电容器的构造12-13
• 1.2.3 超级电容器的特点13
• 1.2.4 超级电容器的工作原理13-15
• 1.2.5 超级电容器的应用15
• 1.3 超级电容器电极材料15-23
• 1.3.1 碳电极材料16-20
• 1.3.2 金属氧化物电极材料20-22
• 1.3.3 导电聚合物22-23
• 1.4 四氧化三锰23-25
• 1.4.1 四氧化三锰简介23-24
• 1.4.2 四氧化三锰的结构24
• 1.4.3 四氧化三锰的用途24-25
• 1.5 本课题选取的意义及研究内容25-26
• 第二章 实验部分26-30
• 2.1 主要的仪器材料和主要的试验设备26-27
• 2.1.1 主要的化学试剂及原料26-27
• 2.1.2 主要的仪器设备27
• 2.2 材料测试和表征方法及原理解析27-28
• 2.2.1 X射线衍射分析（XRD）27-28
• 2.2.2 透射电镜显微技术（TEM）28
• 2.3 样品电化学性能测试方法及原理28-30
• 2.3.1 循环伏安法28-29
• 2.3.2 恒电流充放电法29
• 2.3.3 交流阻抗测试法29-30
• 第三章 Mn_3O_4/Carbon black复合材料的制备及其电化学性能的研究30-42
• 3.1 引言30-31
• 3.2 实验31-33
• 3.2.1 复合材料的制备31-32
• 3.2.2 表征分析32
• 3.2.3 电化学测试32-33
• 3.3 结果与讨论33-39
• 3.3.1 扫描电镜及透射电镜讨论部分33
• 3.3.2 XRD结果分析33-35
• 3.3.3 循环伏安性能35-36
• 3.3.4 恒流充放电测试36-38
• 3.3.5 交流阻抗分析38-39
• 3.4 Mn_3O_4/CB复合材料的合成机理推测39
• 3.5 本章小结39-42
• 第四章 Mn_3O_4/Carbon black/Graphene复合材料的制备及其电化学性能的研究42-52
• 4.1 引言42-43
• 4.2 实验43-45
• 4.2.1 石墨烯与复合材料的制备43-44
• 4.2.2 表征分析44
• 4.2.3 电化学测试44-45
• 4.3 结果与讨论45-50
• 4.3.1 扫描电镜及透射电镜讨论部分45-46
• 4.3.2 XRD结果分析46
• 4.3.3 循环伏安性能46-47
• 4.3.4 恒流充放电测试47-49
• 4.3.5 交流阻抗分析49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 总结与展望52-56
• 5.1 总结52-54
• 5.2 超级电容器电极材料的展望54-56
• 参考文献56-66
• 攻读硕士期间主要研究成果66-68
• 致谢68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曾克新;中国四氧化三锰工业的发展、现状与展望[J];中国锰业;2003年04期

2 王红太;;国内四氧化三锰的生产工艺现状及发展方向[J];山西化工;2006年03期

3 陈思学;骆艳华;王凡;王克玉;;X射线荧光光谱法测定四氧化三锰中杂质含量[J];现代矿业;2009年04期

4 周升旺;杨洋;马金保;;不同酸催化下制备四氧化三锰的反应动力学[J];无机盐工业;2009年06期

5 朱刚;焦宝娟;;四氧化三锰的简易制备[J];西安文理学院学报(自然科学版);2010年03期

6 William C. laughlin;覃事彪;;制备高纯四氧化三锰的方法[J];中国锰业;1990年05期

7 吴义添;;四氧化三锰的制备、性质、结构和用途[J];中国锰业;1990年01期

8 汤晓壮,谭柱中,潘其经囿;用金属锰粉湿法制取四氧化三锰的理论和实践[J];中国锰业;1997年01期

9 杨红,潘颖青,汤晓壮;四氧化三锰的制备方法及产品质量论述[J];中国锰业;1997年02期

10 ;世界上最大的四氧化三锰生产基地在长沙建成[J];矿业研究与开发;1999年05期

中国重要会议论文全文数据库 前6条

1 邹兴;;高质量高附加值四氧化三锰制备技术研制成功[A];2004年全国冶金物理化学学术会议专辑[C];2004年

2 张锋;韩小彦;孟庆飞;孙聚堂;;二氧化锰粒度的控制及四氧化三锰的制备[A];中国化学会2008年中西部地区无机化学、化工学术交流会会议论文集[C];2008年

3 邹兴;孙宁磊;方克明;;用硫酸锰溶液不经电解直接制备四氧化三锰的过程中除硫的研究[A];2004年全国冶金物理化学学术会议专辑[C];2004年

4 邹兴;陈德胜;孙宁磊;王国承;;用硫酸锰溶液直接制备高纯四氧化三锰的难点和进展[A];冶金研究中心2005年“冶金工程科学论坛”论文集[C];2005年

5 粟海锋;高家利;胡雪玲;文衍宣;童张法;;正交试验法优选高纯四氧化三锰的制备工艺[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集（下）[C];2006年

6 张昭;彭少方;;湿化学法合成四氧化三锰粉末[A];第四届全国颗粒制备与处理学术会议论文集[C];1995年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 方永利 程旭荣;晋城市天户煤矿调产一鸣惊人[N];山西日报;2006年

2 本报记者　 李清理;金瑞科技一降一调促成扭亏[N];中国证券报;2006年

3 大通证券 陈健中;金瑞科技 补涨在即[N];证券时报;2008年

4 实习记者 赵丹秦;金瑞科技定向募资4亿扩产能[N];证券时报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 费兆阳;纳米氧化物的形貌可控制备及其催化性研究[D];南京大学;2012年

2 徐本军;从方铅矿精矿和软锰矿直接制备硫酸铅和四氧化三锰材料的研究[D];中南大学;2005年

3 孙华银;纳米四氧化三锰催化的氧化反应及纳米铋促进的烯丁基化反应研究[D];中国科学技术大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 杨秀梅;四氧化三锰的制备工艺及机理探讨[D];贵州大学;2008年

2 叶玉珠;磁性四氧化三锰微细颗粒的制备及其催化性能的测试[D];重庆大学;2015年

3 李涛涛;四氧化三锰纳米材料的制备及其锂离子电池性能研究[D];太原理工大学;2016年

4 任勖纲;四氧化三锰复合材料的制备及其超级电容性能研究[D];太原理工大学;2016年

5 游小鹰;贫菱锰矿制备四氧化三锰过程的控制研究[D];福州大学;2006年

6 赵静;低品位菱锰矿提制活性四氧化三锰和二氧化锰的工艺优化[D];重庆大学;2014年

7 高家利;硫酸锰制备四氧化三锰及其热解动力学研究[D];广西大学;2007年

8 施雯;软锰矿湿法还原制备四氧化三锰的研究[D];吉首大学;2012年

9 李长安;四氧化三锰的制备及吸附性能研究[D];吉首大学;2013年

10 李文艳;微波辅助制备高比表面积四氧化三锰的研究[D];重庆大学;2009年

  本文关键词：四氧化三锰复合材料的制备及其超级电容性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：397144