二氧化錳-碳復(fù)合電極材料的微波輔助合成與超級(jí)電容應(yīng)用研究.pdf

1、超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能器件被廣泛研究和應(yīng)用。與傳統(tǒng)儲(chǔ)能器件相比，超級(jí)電容器具有綠色無污染、功率密度高、循環(huán)壽命超長等優(yōu)點(diǎn)。二氧化錳作為超級(jí)電容器的電極材料，具有較高理論比電容，且廉價(jià)易得、綠色環(huán)保；但是，純二氧化錳基電極材料的導(dǎo)電性較差，內(nèi)阻高，大大影響電極的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。碳納米管、石墨烯等碳納米材料常作為超級(jí)電容器電極材料使用，具有導(dǎo)電性好、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)；但是，純碳電極的理論比容量比較低。本文以提高二氧化錳基電極材料的比

2、容量和導(dǎo)電性為目標(biāo)，結(jié)合氧化錳與碳納米結(jié)構(gòu)的各自優(yōu)勢(shì)，引入微波材料合成等新工藝，設(shè)計(jì)并制備了一系列氧化錳基電極材料，對(duì)其超級(jí)電器的性能表現(xiàn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究分析。論文的主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下：
　?。?）微波水熱制備氧化錳納米晶及其電化學(xué)性能研究。以高錳酸鉀為起始物，在不同溫度（60-160℃）下微波水熱處理（30 min），制得了不同形貌和物相的氧化錳納米晶。結(jié)構(gòu)、物相與電化學(xué)性能表征分析表明60℃下微波水熱生成的結(jié)晶度較低的二氧化

3、錳用作電極材料，其比容量較大；當(dāng)掃描速率為3 mV/s時(shí)，該二氧化錳電極的比電容達(dá)338 F/g。
　?。?）常壓微波法制備MnO2納米晶及MnO2/rGO復(fù)合材料制備與電化學(xué)性能研究。以高錳酸鉀為原料，以乙醇為還原劑和溶劑，常壓微波在60℃下作用15-30min，控制反應(yīng)物中[KMnO4]的濃度為0.018-0.054 mol/L，制備了一系列低結(jié)晶度的 MnO2納米晶。表征與分析結(jié)果表明，在60℃常壓微波處理 KMnO4濃度為

4、0.042 mol/L的水溶液、反應(yīng)時(shí)間為30 min，所得到MnO2納米晶的電化學(xué)性能最好，在10 mV/s下的比容量高達(dá)325.7 F/g。以上述條件下所得MnO2納米晶與石墨烯復(fù)合，制備了不同rGO摻加量的MnO2/rGO復(fù)合納米材料。當(dāng)rGO的摻加量為5 wt％時(shí)，所得MnO2/5%rGO復(fù)合納米晶的比表面積達(dá)417.3 m2/g，在掃描速率為5 mV/s時(shí)，其比容量為394.7 F/g，比未摻加rGO樣品的比容量提高了22.2

5、%。
　?。?）MnO2/CNT復(fù)合材料的常壓微波制備與電化學(xué)性能研究。利用 CNT自身的還原性，常壓微波作用下在其表面原位生成一層 MnO2納米顆粒，制得了MnO2/2%CNT復(fù)合納米材料，呈片狀多級(jí)結(jié)構(gòu)；所得MnO2/2%CNT電極材料的比電容在掃描速率為10 mV/s時(shí)達(dá)到270.6 F/g，在恒電流充放電電流為1 A/g時(shí)，其比電容為208.3 F/g。
　?。?）MnO2/CNT/rGO三元復(fù)合納米電極材料的制備與

6、電化學(xué)性能研究。在上述片狀多級(jí)結(jié)構(gòu)MnO2/2%CNT復(fù)合材料的表面包覆rGO制備MnO2/CNT/rGO三元復(fù)合納米電極材料。當(dāng)石墨烯的摻入量為2 wt%時(shí)，所得MnO2/2%CNT/2%rGO三元復(fù)合材料形成3D網(wǎng)狀連接，提高了比表面積和導(dǎo)電性；當(dāng)掃描速率為10 mV/s時(shí)，MnO2/2%CNT/2%rGO的實(shí)際比容量為361.3 F/g，比MnO2/2%CNT提高了33.5%；在恒電流充放電電流為1 A/g時(shí)，MnO2/2%CNT