二氧化锰及其复合材料超电容行为研究

发布时间：2018-05-02 06:32

本文选题：超级电容器 + MnO_2　；参考：《扬州大学》2015年硕士论文

【摘要】：在当今社会,能源需求不断上升,新型储能元件的研究刻不容缓。超级电容器作为一种性能介于电池与传统电容器之间的新型储能器件,在诸多领域具有广阔的应用前景。其中,电极材料是影响超级电容器性能的关键因素。二氧化锰(MnO2)电化学性能优良,在超级电容器电极材料的研究中备受关注。但是,纳米Mn02单独作为超级电容器电极材料时,存在明显的颗粒团聚现象,导致材料利用率、能量密度较低。针对以上问题,通过将MnO2与其他电极材料如导电聚合物、金属氧化物及碳材料复合,进而提高材料的电容性能,是本论文的研究主旨。本论文通过液相共沉淀法、一步化学氧化法和水热合成法分别制备了MnO2、PoPD/MnO2和MnO2/CeO2材料。在MnO2、PoPD/MnO2制备过程中分别加入表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(P123),通过表面活性剂作为结构导向剂或软模板来改善MnO2、PoPD/MnO2的形貌、粒径及分散性,进而提高了材料的超电容性能。其次,利用稀土金属氧化物Ce02良好的可逆氧化还原反应特性和MnO2优良的循环稳定性和电容保持率,制备了电容性能更为理想的MnO2/CeO2二元复合金属氧化物电极材料。主要得出以下结论：(1)SDS辅助条件下,通过液相共沉淀法制备MnO2,考察了SDS加入量对MnO2结构及电容性能的影响规律与作用机理。结果表明：获得的MnO2为典型的无定型a-MnO2。SDS加入量对MnO2的形貌、分散性及颗粒粒径存在明显的影响。最佳SDS加入量0.2 g(0.017mol.L-1)条件下制备的样品Mn-0.2具有最大的BET比表面积(SBET)255.9m2.g-1,最佳的颗粒分散性和最小的粒径(50～80 nm),在500 mA·g-1电流密度下(下同)具有最大的比电容(Csp)154.5 F.g-1,与无SDS条件下制备的样品Mn-0相比,Csp提高了约50%,Mn-0.2倍率特性和循环稳定性明显提高,等效串联电阻(Rs)大幅度降低,仅仅O.120Ω。(2)在P123辅助条件下一步化学氧化法制备了PoPD/MnO2复合材料。结果表明：合成的PoPD/MnO2均为无定形弱晶相结构。P123能有效地调控PoPD/MnO2的形貌、粒径和分散性。在P123最佳加入量0.8 g (0.0035 mol·L-1)下制备的样品PoPD/MnO2-0.8具有最佳的孔结构和电容性能：SBET 123.2 m2·g-1和Csp 292.4 F·g-1,远高于未加P123的样品PoPD/MnO2-0(47.2 m2·g-1和62.1 F·g-1),倍率特性、循环稳定性得到提高,Rs、电荷转移电阻(Rct)和扩散阻抗(Zw)出现明显降低。(3)采用水热合成法制备分层次多孔纳米MnO2/CeO2。结果表明,MnO2/CeO2分别为α-MnO2和萤石型CeO2,合成的样品结晶性良好,颗粒状的CeO2均匀负载于MnO2纳米棒上,样品尺寸明显降低,团聚现象显著改善。MnO2/CeO2的SET高于原先单一组分,由单一组分的富微孔材料变化为典型的分层次富介孔材料。其中,样品MnO2/CeO2-1的SBET和Csp分别达73.4 m2·g-1和274.3 F·g-1,远高于纯MnO2(20.6 m2·g-1和190.2 F.g-1)和Ce02(63.6 m2.g-1和52.8 F·g-1)。500次GCD后,其Csp几乎不再降低,1000次循环后,电容保持率高达93.9%,阻抗降低,是优良的超级电容器电极材料。
[Abstract]:In this paper , MnO2 , PoPD / MnO2 and MnO2 / CeO2 were prepared by liquid phase co - precipitation method . The results showed that : ( 1 ) In the preparation of MnO2 and PoPD / MnO2 , MnO2 , PoPD / MnO2 and MnO2 / CeO2 were prepared . ( 2 ) PoPD / MnO2 composite was prepared by one - step chemical oxidation method under the auxiliary conditions of P123 . The results showed that the synthesized PoPD / MnO2 was amorphous weak crystal phase structure .

【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ137.12;TB33

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