C@MnO2復(fù)合材料的制備及其超電容性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器，又名電化學(xué)電容器，是一種介于電池與傳統(tǒng)靜電電容器之間的新型能量儲(chǔ)存元件。因其功率密度高、循環(huán)壽命長且能夠快速充放電，可將其應(yīng)用于軍事、航天電子及新能源汽車等相關(guān)領(lǐng)域。所以，超級(jí)電容器具有良好的發(fā)展前景。作為超級(jí)電容器研究核心的電極材料，主要分為碳材料、過渡金屬氧化物材料和導(dǎo)電聚合物材料。其中，在過渡金屬氧化物材料中，二氧化錳(MnO2)具有高的理論比容量且對(duì)環(huán)境友好并且在自然界中含量豐富、價(jià)格低廉，被認(rèn)為是最有前景的電極材料

2、之一。但是，MnO2的導(dǎo)電性較差且容易團(tuán)聚，這使得MnO2的實(shí)際比容量較小。我們將MnO2復(fù)合在碳基載體上，借助碳材料大的比表面積和優(yōu)良的導(dǎo)電性能來提高M(jìn)nO2電容的實(shí)際利用率。
　　本文以聚丙烯腈(PAN)作為靜電紡絲的前驅(qū)體，制備了一系列的碳納米纖維;包括實(shí)心碳納米纖維(CNFs)，中空碳納米纖維(HCNFs)和多孔中空碳納米纖維(PHCNFs)。然后，將MnO2通過水熱處理引入碳纖維，分別制備了不同水熱溫度下MnO2包覆實(shí)心

3、碳納米纖維(CNF@MnO2)復(fù)合材料和不同水浴溫度下MnO2包覆中空碳納米纖維(HCNF@MnO2)復(fù)合材料。采用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)及N2吸附-脫附等測試技術(shù)對(duì)制備的材料進(jìn)行了表征分析。通過壓片將材料制成電極，采用循環(huán)伏安(CV)、恒流充放電(GCD)和交流阻抗(EIS)對(duì)其進(jìn)行了電化學(xué)測試。
　　本文主要得出以下結(jié)論:
　　(1)通過靜電紡絲和硬模板法

4、結(jié)合制備出一維HCNFs; XRD分析表明其為無定型石墨結(jié)構(gòu);在電流密度1 A·g-1下，HCNFs的比電容(Csp)可達(dá)124 F·g-1，明顯高于CNFs(31 F·g-1)。
　　(2)活化時(shí)間對(duì)于PHCNFs的影響:隨著活化時(shí)間的增加，PHCNFs的BET比表面積(S BET)先增加后減小，其中樣品PHCNFs-60具有最大的Csp(147 F·g-1)，對(duì)應(yīng)的SBET(1117 m2·g-1)。
　　(3)對(duì)紡絲得

5、到的CNFs進(jìn)行水熱處理，制備了不同微觀形態(tài)的MnO2包覆下的CNFs復(fù)合材料(CNF@MnO2)。結(jié)果表明，隨著水熱溫度的增加，MnO2的晶型由K-Birnessite型轉(zhuǎn)變?yōu)棣列?，其形貌先由納米棒變?yōu)榧{米片，進(jìn)而變?yōu)榧{米線;樣品CNF@MnO2-170在電流密度0.5 A·g-1下表現(xiàn)出最大的Csp（331 F·g-1）;穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)表明，在恒流充放電循環(huán)800次之后，其初始比電容保持率仍可達(dá)80％。
　　(4)通過水浴法制備了