納米二氧化錳-碳材料復(fù)合電極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、二氧化錳（MnO2）因其擁有高的電化學(xué)活性、極高的理論比容量，以及價格低廉和環(huán)境友好性等特點，在一次電池、超級電容器、金屬-空氣電池等儲能器件中有著廣泛的應(yīng)用。然而，MnO2自身低的電導(dǎo)率限制了在應(yīng)用條件下的實際比電容。納米級的MnO2與高電導(dǎo)率的碳材料復(fù)合則可提高MnO2作為電化學(xué)活性物質(zhì)的有效電極反應(yīng)的比表面積以及電導(dǎo)率，從而獲得電化學(xué)性能優(yōu)異的電極材料。
　　本論文展開了納米 MnO2與碳材料形成三元復(fù)合結(jié)構(gòu)的電極材料的制備

2、及其電化學(xué)性能研究，以及基于碳納米管（CNT）薄膜的無粘結(jié)劑的柔性薄膜堿性鋅錳電池的制備及其電化學(xué)性能研究的工作。主要研究結(jié)果如下：
　　通過水熱法制備了直徑為250 nm的碳球，利用碳與高錳酸鉀（KMnO4）進行的化學(xué)反應(yīng)，在其表面均勻包裹納米MnO2，最終得到MnO2包裹量為95％的碳球-MnO2核殼結(jié)構(gòu)。對碳球-MnO2進行聚二烯基丙二甲基氯化銨（PDDA）修飾，采用靜電吸附的方式，均勻吸附一層羧基化碳納米管（CNT）。其中

3、20 wt%CNT的吸附量的碳球-MnO2-CNT(PDDA)復(fù)合材料相比于碳球-MnO2以及將碳球-MnO2分散在水溶液中與 CNT簡單混合形成的碳球-MnO2-CNT(H2O)復(fù)合材料擁有更加優(yōu)異的電化學(xué)性能。導(dǎo)電碳球為內(nèi)核提高了內(nèi)核電導(dǎo)率，CNT導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的引入則提高了MnO2的表面電導(dǎo)率，從而提高MnO2的利用率。該三元復(fù)合材料擁有高的比電容、優(yōu)異的倍率性能以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
　　多孔還原氧化石墨烯（reduced graph

4、ene oxide，rGO）包裹 CNT-納米花狀MnO2的核殼結(jié)構(gòu)表面，該納米結(jié)構(gòu)可以有效的提高復(fù)合材料的表面電導(dǎo)率和內(nèi)核電導(dǎo)率。區(qū)別于原始的rGO，多孔rGO在其表面的包裹不會阻礙電解液向內(nèi)部復(fù)合材料的擴散，從而可有效提高在該復(fù)合電極中 MnO2的利用率。CNT-MnO2-多孔 rGO三元復(fù)合結(jié)構(gòu)相比于 CNT-MnO2以及原始的 rGO包裹的CNT-MnO2結(jié)構(gòu)，擁有更高的比電容以及倍率性能。
　　通過浮動催化法化學(xué)氣相沉積

5、（FCCVD）制備高導(dǎo)電的柔性CNT薄膜。以CNT薄膜為柔性基底，直接在其表面均勻負載電化學(xué)活性物質(zhì)納米級γ-MnO2和單質(zhì)金屬鋅（Zn）。該柔性復(fù)合薄膜電極不包含其他導(dǎo)電填料，并以聚合物粘結(jié)劑作為隔膜組裝厚度小于1 mm的柔性Zn-MnO2堿性一次電池。該柔性電池擁有高的比電容（225 mAh·g-1，0.5 C）以及優(yōu)異的倍率特性（214 mAh·g-1，4 C）。另外，該電池擁有優(yōu)異的柔性以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。當(dāng)彎折曲率半徑達到2.5