氧化锰基电极材料的制备及其在超级电容器中的应用

发布时间：2019-11-21 11:41

【摘要】：近年来,化石燃料渐渐消耗导致能源危机日益严重。同时,在使用化石燃料过程中必不可少地产生环境污染。因此,能源和环境成为人类可持续发展进程中必须面对和解决的首要问题。寻找可再生的清洁能源和开发清洁能源转换装置是现今减轻环境污染和走可持续化道路的重要途径。人们迫切想要找到和开发绿色高效的能源存储和相应的转化设备。其中,超级电容器作为电能存储设备,因具有高功率密度、长循环稳定性、快速充放电以及较好的温度特性等,逐渐成为人们的研究热点。在消费电子产品、存储备份系统、混合动力汽车、工业电源设备以及航空航天等领域有着巨大的应用价值。氧化锰作为超级电容器电极材料已经被广泛研究,其具有价格低廉、理论比电容高、储量丰富、环境友好等优点。本文围绕氧化锰电极材料,利用低成本的化学制备法得到独特形貌结构的氧化锰纳米材料,并探讨形貌结构、比表面积等参数对其电化学性质的影响。主要内容如下:(1)以均一的聚苯胺纳米球作为牺牲模板,高锰酸钾作为氧化剂,在室温下,利用快速氧化法,制备出中空氧化锰纳米球。该合成路线简单,产物能扩大化量产。独特的氧化锰中空结构是在达到高锰酸钾和聚苯胺扩散反应速率平衡后得到的。中空多级结构的氧化锰表现出高的比表面积,达到284.5 m2/g。当作为超级电容器电极材料时,0.2 A/g的电流密度下,比电容达到308 F/g。在2 A/g的电流密度下做充放电长循环测试3000次,比电容保持率达到91%。用活性炭材料作对电极构成非对称电容器时,能达到1.8 V的电压窗口。在功率密度是180W/kg时,能量密度可以达到20.93 Wh/kg,功率密度为9000 W/kg时,能量密度也可达到7.23 Wh/kg。在4 A/g电流密度下进行两电极循环充放电测试2000次,比电容保持率可达76%。(2)以聚苯胺和高锰酸钾原位反应生成中空氧化锰为基础,把均一的聚苯胺包覆金纳米颗粒(Au@PANI)作为牺牲模板,在40 oC反应温度下,缓慢加入一定浓度的高锰酸钾溶液进行氧化还原反应,制备出蛋黄-蛋壳型Au@MnO_2纳米结构。蛋黄-蛋壳型Au@MnO_2纳米材料表现出高的比表面积358 m2/g,当作为超级电容器电极材料时,在0.2 A/g的电流密度下,比电容达到320 F/g。在2 A/g的电流密度下做充放电长循环测试3000次,比电容保持率达到90%。用活性炭材料作对电极构成非对称电容器时,电压窗口可达到1.8 V。在功率密度是180 W/kg时,能量密度可以达到21.6 Wh/kg,功率密度为9000 W/kg时,能量密度可达到7.69 Wh/kg。在两电极循环充放电测试2000次后,比电容保持率在78%。蛋黄-蛋壳型Au@MnO_2纳米材料表明在金纳米颗粒的存在下,氧化锰导电性增强,更好地发挥出中空多级结构的特性,电化学性质明显提高。
【图文】：

莱顿瓶

同备中，率密度行快速过程进、长循离子电定性以容器的容器的摩擦琥瓶是最有着十一次可同时做到可超级电容器度的新型储速的吸附和进行能量的循环稳定性电池，使其以及高功率的简介的发展历史琥珀吸引轻最早的电容器十分重要的可以有办法持续操作，器又称为电储能设备[2-5]和脱附的物理的存储和释放性以及环境友在真正应用率密度的超级轻微物体的静器模型装置的地位[8]。莱法得到很多电环境友好是电化学电容器]。超级电容理作用，或者放，具有较大友好等优势用中受到很级电容器是静电现象的置，在研究电莱顿瓶示意电荷，并对是亟待器，是容器主者是电大的比势[6,7]。大限制是科学家的发现，电能存图如图对其开展

超级电容器

备出了非对称混合电容器（AC/Li4Ti5O12），，进一步拓宽了[13-14]。美国、日本、加拿大等国在超级电容器研究和产业化中一92 年美国能源部和美国先进电池协会提出制备出满足电用的车载超级电容器设备的目标后，即超级电容器要实现能量密度达 15 Wh/kg，全球范围内都开始掀起了超级电容器正处于蓬勃发展的阶段，要求科学家们不断开拓创新洁能源转换装置做出自己的努力和贡献，对未来我们国家源的开发利用有着深远的意义。级电容器组成结构容器的组成并不复杂，如图 1-2，主要包括正负电极、电。图中第二个是实验室制备的简易型电容器，下面两个是
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM53

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