二氧化锰—聚吡咯碳超级电容器电极材料的制备和性能

发布时间：2017-10-04 13:17

  本文关键词：二氧化锰—聚吡咯碳超级电容器电极材料的制备和性能

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【摘要】：超级电容器具有较高的功率密度、能量密度和电容值,而且充电时间短,循环寿命长,是一种很有发展前景的储能装置。超级电容器的电极材料是决定超级电容器性能的关键。聚吡咯(PPy)作为一种导电聚合物材料,其制备简单,环境友好,掺杂可逆,导电率较高,作为超级电容器的电极材料受到了广泛的关注。锰氧化物电极材料也是近年的研究热点,它的价格低廉,来源丰富,比表面积高,电化学性能良好。本论文是将这两种材料结合起来制备一种性能优异的电极材料。本论文通过简单的化学合成方法,制备得到了PPyC的复合材料。并筛选出了最佳活性碳用量,最佳过硫酸钠Na2S2O8的用量,以及最佳吡咯单体的用量。制备出性能好的PPyC材料。并采用循环伏安法,恒电流充放电法,交流阻抗,充放电循环性能测试等方法评价其电化学性能。结果表明当活性炭与氧化剂Na2S2O8与吡咯单体的摩尔质量比为1:3.46:1.73时,所制备的PPyC材料的电化学性质最佳,其比电容可以达到125.8 F×g-1。采用微波辅助法,制备新型复合材料MnO_2-PPyC。通过改变反应温度,载体用量,来制备不同的MnO_2-PPyC,并探究了制备MnO_2-PPyC电极的最佳条件为:微波反应条件下,在反应物为20 ml 0.3 M的MnCl2溶液、20 ml 0.2 M的KMnO4溶液,PPyC的质量为0.05 g;微波反应器控制温度45℃,时间20 min,也就是KMnO4与MnCl2与PPyC的质量比为12:24:1时,得到了最优性能的MnO_2-PPyC-b复合材料,其放电比电容可以达到375 F×g-1,400次循环充放电后比电容剩余量为347 F×g-1。SEM和TEM测试结果表明,制备的MnO_2-PPyC都是由很多薄膜组成的花状结构,其中MnO_2-PPyC-b的花状结构更均匀,片状膜更薄。MnO_2-PPyC-a、MnO_2-PPyC-b和MnO_2-PPyC-c三种材料的电化学阻抗谱比较可知MnO_2-PPyC-b具有最小的电荷传递电阻,说明MnO_2-PPyC-b材料比MnO_2-PPyC-a和MnO_2-PPyC-c更有利于电子的传输。结果表明MnO_2-PPyC-b作为超级电容器的电极材料具有优异的可逆性和电容性。
【关键词】：活性炭 聚吡咯 二氧化锰 电极材料 超级电容器
【学位授予单位】：哈尔滨师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要10-11
• Abstract11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 超级电容器简介13-15
• 1.1.1 超级电容器的结构14
• 1.1.2 超级电容器的优势及特点14-15
• 1.2 超级电容器的分类和工作原理15-16
• 1.2.1 双电层电容器15
• 1.2.2 法拉第赝电容器15-16
• 1.2.3 双电层电容器与法拉第赝电容器的区别16
• 1.3 超级电容器的研究进展16-19
• 1.3.1 碳材料17
• 1.3.2 过渡金属氧化物材料17-18
• 1.3.3 导电聚合物电极材料18-19
• 1.4 超级电容器的应用19-20
• 1.5 课题的研究背景和意义20
• 1.6 本论文研究内容20-21
• 第2章 实验方法及原理21-25
• 2.1 主要试剂及仪器21-22
• 2.2 电极材料的物性表征22
• 2.2.1 X-射线衍射分析（XRD）22
• 2.2.2 扫描电镜分析（SEM）22
• 2.2.3 透射电镜分析（TEM）22
• 2.3 电极材料的电化学性能表征22-23
• 2.3.1 循环伏安法测试23
• 2.3.2 交流阻抗测试23
• 2.3.3 恒电流充放电测试23
• 2.3.4 循环性能测试23
• 2.4 聚吡咯碳（PPyC）的制备方法23-24
• 2.5 微波法制备二氧化锰-聚吡咯碳（MnO_2-PPyC）复合材料24-25
• 第3章 PPyC复合材料的制备及性能25-34
• 3.1 PPyC电极材料的制备25
• 3.2 不同活性炭量对PPyC超级电容器性能的影响25-26
• 3.2.1 实验步骤25-26
• 3.2.2 电容性质26
• 3.3 氧化剂用量对合成PPyC材料性能的影响26-28
• 3.3.1 实验步骤26-27
• 3.3.2 电容性质27-28
• 3.4 不同吡咯单体浓度对制备PPyC材料性能的影响28-33
• 3.4.1 材料制备的实验步骤28
• 3.4.2 扫描电镜分析28-30
• 3.4.3 PPyC-8，PPyC-16，PPyC-24材料的电化学性能30-31
• 3.4.4 交流阻抗测试31-32
• 3.4.5 恒流充放电测试32-33
• 3.4.6 循环性能测试33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 MnO_2-PPyC复合材料的制备和性能34-45
• 4.1 MnO_2-PPyC电极材料的制备34
• 4.2 PTFE用量对MnO_2-PPyC电极材料的影响34-35
• 4.3 制作电极时压片压力不同对MnO_2-PPyC电极材料的影响35-36
• 4.4 反应温度对MnO_2-PPyC制备复合材料影响36-37
• 4.4.1 实验方法36
• 4.4.2 电容性质36-37
• 4.5 不同PPyC量对MnO_2-PPyC复合材料的电化学影响37-44
• 4.5.1 实验方法37-38
• 4.5.2 XRD测试38
• 4.5.3 SEM和TEM测试38-41
• 4.5.4 循环伏安测试41-42
• 4.5.5 交流阻抗测试42
• 4.5.6 恒流充放电测试42-43
• 4.5.7 循环性能测试43-44
• 4.6 本章小结44-45
• 结论45-46
• 参考文献46-49
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文49-51
• 致谢51

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本文编号：970885