水热法制备二氧化锰及其电化学性能的研究

发布时间：2017-07-05 20:05

  本文关键词：水热法制备二氧化锰及其电化学性能的研究

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【摘要】：超级电容器是一种新型的储能元件，具备高的功率密度和长的使用寿命，对其电极材料的研究是目前新能源领域研究的热门。过渡金属氧化物氧化锰是理想的超级电容器电极材料，其资源丰富、对环境无污染、理论比电容高。本论文以廉价的二氧化锰作为超级电容器的电极材料，采用XRD、SEM等方法对所制得的样品进行结构与形貌的表征，采用恒流充放电、循环伏安、电化学阻抗等测试方法对二氧化锰材料的电化学特性进行分析。主要研究内容如下： （1）水热反应温度对MnO2的结构形貌和电化学性能均有影响。当反应温度为120℃、140℃和160℃时，得到了结晶性较差的二氧化锰，随着温度的升高，到180℃，得到结晶性较好的二氧化锰。对这四种样品进行电化学测试，通过恒流充放电曲线计算出，120℃、140℃、160℃和180℃条件下制备的锰的氧化物的比电容分别为323F·g-1、354F·g-1、331F·g-1、282F·g-1。在140℃时取得最大比电容354F·g-1。 （2）水热反应时间对MnO2的结构形貌和电化学性能均有影响。反应温度为140℃，随着反应时间的增加，XRD衍射峰强度增加，样品的结晶性加强，得到的均为二氧化锰。对它们进行电化学测试，通过恒流充放电曲线计算出，1h、2h、4h、6h、8h、12h和24h条件下制备的锰的氧化物的比电容分别为237F·g-1、375F·g-1、354F·g-1、321F·g-1、287F·g-1、261F·g-1和238F·g-1。随着反应时间的增加，比电容呈现先增大后减小的趋势。在2h时得到最大比电容375F·g-1。 （3）反应温度和反应时间对所制得的锰的氧化物的结构形貌和电化学性能均有一定的影响，通过实验得出，具有最好比电容特性的二氧化锰的制备条件为：反应温度为140℃，反应时间为2h。 （4）MnO2中掺杂层状石墨烯的比例对其电化学性能有很大的影响。本文中制备了MnO2中含层状石墨烯20%、40%、60%、80%的复合电极。随着层状石墨烯含量的增加，，层状石墨烯/MnO2电极的比电容先增大后减小，在层状石墨烯含量为40%时，复合电极的比电容达到最大451F·g-1。得到的复合电极的比电容比比最佳条件下制备出的MnO2的纯相MnO2的比电容提高了17%。
【关键词】：超级电容器 水热法 MnO2 层状石墨烯 电化学性能
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM53;O614.711
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 超级电容器概述11-13
• 1.1.1 超级电容器的优点及挑战11-13
• 1.1.2 超级电容器的应用和发展13
• 1.2 超级电容器储能机理13-15
• 1.2.1 双电层电容器14-15
• 1.2.2 赝电容电容器15
• 1.2.3 混合型电容器15
• 1.3 超级电容器电极材料的研究进展15-20
• 1.3.1 碳基电极材料16-18
• 1.3.2 导电聚合物电极材料18
• 1.3.3 金属氧化物电极材料18-20
• 1.4 二氧化锰电极材料的研究进展20-24
• 1.4.1 二氧化锰结构特点20-21
• 1.4.2 二氧化锰材料的储存电荷机理21-22
• 1.4.3 二氧化锰的合成方法22-24
• 1.5 本论文的研究内容24-27
• 第二章 实验试剂及其表征方法27-37
• 2.1 主要试剂及仪器27-28
• 2.1.1 实验试剂27
• 2.1.2 仪器设备27-28
• 2.2 材料的结构分析及表征28-29
• 2.2.1 X 射线衍射仪（XRD）28
• 2.2.2 扫描电镜分析（SEM）28-29
• 2.3 电极的制备29
• 2.4 材料的电化学表征29-37
• 2.4.1 恒电流充放电法29-30
• 2.4.2 循环伏安法30-33
• 2.4.3 交流阻抗法33-35
• 2.4.4 循环寿命法35-37
• 第三章 水热法制备 MnO2及其电化学性能研究37-51
• 3.1 引言37
• 3.2 样品的制备37-38
• 3.2.1 反应原理37
• 3.2.2 制备方法37-38
• 3.3 电极的制备38
• 3.4 电化学测试38
• 3.5 结果与讨论38-49
• 3.5.1 水热反应温度的影响38-43
• 3.5.2 水热反应时间的影响43-49
• 3.6 本章小结49-51
• 第四章 层状石墨烯/氧化锰复合材料的制备及其电化学性能研究51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 样品的制备51-52
• 4.3 电极的制备52
• 4.4 电化学测试52
• 4.5 结果与讨论52-58
• 4.5.1 结构形貌的影响52-54
• 4.5.2 电化学性能的影响54-58
• 4.6 本章小结58-61
• 第五章 结论与展望61-63
• 5.1 结论61-62
• 5.2 展望62-63
• 参考文献63-75
• 致谢75-77
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 卢海;张治安;赖延清;李晶;;超级电容器用导电聚苯胺电极材料的研究进展[J];电池;2007年04期

2 许检红;王然;陈经坤;王勇;;超级电容器在航标灯上的应用研究[J];电池工业;2009年04期

3 张月,王金霞,高艳阳;纳米MnO_2的低热固相合成[J];化学工程师;2005年06期

4 张治安,杨邦朝,邓梅根,胡永达,汪斌华;超级电容器纳米氧化锰电极材料的合成与表征[J];化学学报;2004年17期

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本文编号：523386