碳球-MnO2的水熱合成及超級(jí)電容性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器(supercapacitor)，即電化學(xué)電容器，是一種新型的儲(chǔ)能器件，兼具傳統(tǒng)電容器和電池共同特性，主要由電極活性材料電極、集電極、隔膜、電解液、引線和封裝材料組成。目前，超級(jí)電容器的研究主要集中在高性能的電極材料的制備上。超級(jí)電容器電極材料可以分為三大類：炭材料、金屬氧化物及導(dǎo)電聚合物。隨著社會(huì)的發(fā)展，超級(jí)電容器作為環(huán)保、節(jié)能、清潔能源的儲(chǔ)能器件將受到社會(huì)越來(lái)越多的關(guān)注，因?yàn)槠涔β拭芏雀?、充電速度快、使用壽命長(zhǎng)、低溫性能優(yōu)

2、越、可長(zhǎng)時(shí)間放置、可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、智能水表、智能電網(wǎng)、軍事及相關(guān)領(lǐng)域。因此，超級(jí)電容器蘊(yùn)藏著很好的發(fā)展前景。
　　 本論文選定水熱碳球、廉價(jià)的二氧化錳及其復(fù)合物作為超級(jí)電容器的電極材料，結(jié)合多種電化學(xué)測(cè)試手段和材料表征方法，對(duì)電極材料的制備、電容特性、材料的合成機(jī)理及應(yīng)用等進(jìn)行了探討和研究：主要研究工作及內(nèi)容概況如下：
　　 1)系統(tǒng)地研究了水熱法制備納、微米碳球的方法，探討了不同反應(yīng)時(shí)間、

3、反應(yīng)溫度及反應(yīng)物濃度等制備條件對(duì)碳球形成產(chǎn)生的影響，并結(jié)合SEM、TEM及相關(guān)文獻(xiàn)分析了碳球的生長(zhǎng)機(jī)理。反應(yīng)溫度范圍在180℃-240℃，反應(yīng)時(shí)間范圍在6h-24h，反應(yīng)物濃度在0.025mol/L-0.1mol/L，制備出的碳球直徑為40～380nm。通過(guò)探索電極的制備工藝，利用循環(huán)伏安、恒電流充放電及交流阻抗等測(cè)試手段，研究了碳球基超級(jí)電容器的電容特性。研究發(fā)現(xiàn)，①通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，可以制得納米級(jí)碳球，且粒徑越小，越容易發(fā)生熔合，生

4、成花生狀或鏈狀碳球；②粒徑越小所得碳球比表面積越高，高比表面積水熱碳球作超級(jí)電容器的電極材料，表現(xiàn)出良好的雙電層電容行為，電極的可逆性良好。
　　 2)通過(guò)水熱法制備了不同晶型、不同形貌的MnO2粉末電極材料。研究了不同反應(yīng)物濃度對(duì)生成物晶型的影響，及不同晶型的MnO2電極材料對(duì)電容特性和循環(huán)壽命的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在高錳酸鉀與五水硫代硫酸鈉的濃度比為1:1時(shí)，得到顆粒狀MnO2粉末，晶型為α型；當(dāng)濃度比為1:2時(shí)，制得納米線狀M