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二氧化锰超级电容器电极材料的研究

作　者: 钟玲珑
导　师: 田建华
学　校: 天津大学
专　业: 应用化学
关键词: 超级电容器 二氧化锰 掺杂 复合材料
分类号: O614.711
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 229次
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内容摘要


本文以廉价二氧化锰作为超级电容器的电极材料,系统的研究了液相沉淀法制备的二氧化锰的电容性能,并采用多种物理和电化学测试方法对材料的结构及电化学性能进行了研究。主要内容如下:本文研究了反应温度、热处理温度、合成路径等多种因素对二氧化锰电极材料的物理性质及电化学性能的影响。在80℃下合成的MnO2具有的特点:好的结晶度,电化学性能稳定,较小的比容量,而30℃下合成的MnO2特点是较差的晶化程度、稳定的电化学性能和较大的比容量。对MnO2进行400℃的热处理后能提高了材料的晶化程度,但是却降低了电极材料电化学性能。将醋酸锰加入高锰酸钾中制备的MnO2,相对于相反的加入顺序具有颗粒粒径小、尺寸均匀、较长的使用寿命等优点。通过液相沉淀法制备出掺杂铁和锡的二氧化锰复合材料,并分别对其进行物理性能和电化学性能测试。XRD和SEM测试表明掺杂未引起结构的改变,电化学测试结果表明适量的掺杂铁或锡有助于提高材料的超级电容性能,当Mn:Fe的摩尔比为50:1时,在0.5 mol/L NaSO4的溶液中复合材料电极的比容量为288F/g,比未掺杂时高,同时,该材料显示了很好的电化学可逆性及较长的使用寿命。1000次循环后,电极的比容量只衰减了12.4%。对于掺杂锡的复合材料,当Mn:Sn的摩尔比为20:1时,复合材料的最大比容量为321 F/g,大于未掺杂时的比容量（279F/g）,1000次充放电循环后,比电容稳定在256 F/g,表现出良好的电容保持能力。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-21
  1.1 超级电容器的研究背景及意义  8-9
  1.2 超级电容器的概述  9-11
    1.2.1 超级电容器的发展历史  9
    1.2.2 超级电容器的结构  9
    1.2.3 超级电容器的分类  9-10
    1.2.4 超级电容器的特点  10
    1.2.5 超级电容器的用途  10-11
  1.3 超级电容器的工作原理  11-15
    1.3.1 双电层电容器工作原理  11-13
    1.3.2 法拉第赝电容器工作原理  13-14
    1.3.3 双电层电容与法拉第准电容的区别  14-15
  1.4 超级电容器的研究现状  15-17
    1.4.1 电极材料的研究现状  15-16
    1.4.2 电解质的研究现状  16-17
  1.5 二氧化锰电极材料的研究进展  17-20
    1.5.1 二氧化锰的结构  17-18
    1.5.2 二氧化锰的晶型种类  18-19
    1.5.3 二氧化锰的制备方法  19-20
  1.6 本论文的主要工作  20-21
第二章 实验测试原理及方法  21-27
  2.1 实验部分  21-23
    2.1.1 实验药品和仪器  21-22
    2.1.2 液相沉淀法制备二氧化锰工艺  22
    2.1.3 电极的制备工艺  22-23
  2.2 材料的表征  23-27
    2.2.1 X-射线衍射  23
    2.2.2 扫描电子显微镜  23-24
    2.2.3 循环伏安法  24-25
    2.2.4 恒电流充放电测试  25-26
    2.2.5 交流阻抗测试  26-27
第三章 液相沉淀法制备二氧化锰材料及其电化学性能  27-45
  3.1 反应温度对二氧化锰材料的影响  27-33
    3.1.1 实验部分  27
    3.1.2 结果与讨论  27-33
  3.2 热处理对二氧化锰材料的影响  33-39
    3.2.1 实验部分  34
    3.2.2 结果与讨论  34-39
  3.3 合成路径对二氧化锰材料的影响  39-44
    3.3.1 实验部分  39
    3.3.2 结果与讨论  39-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章 铁掺杂二氧化锰超级电容器材料的研究  45-53
  4.1 实验部分  46
    4.1.1 样品的制备  46
    4.1.2 电极的制备  46
  4.2 结果与讨论  46-52
    4.2.1 XRD 测试  46-47
    4.2.2 SEM 测试  47-48
    4.2.3 循环伏安测试  48-49
    4.2.4 恒电流充放电测试  49-50
    4.2.5 循环寿命测试  50-51
    4.2.6 交流阻抗测试  51-52
  4.3 本章小结  52-53
第五章 锡掺杂二氧化锰超级电容器材料的研究  53-61
  5.1 实验部分  53
    5.1.1 样品的制备  53
    5.1.2 电极的制备  53
  5.2 结果与讨论  53-60
    5.2.1 XRD 测试  53-54
    5.2.2 SEM 测试  54-55
    5.2.3 循环伏安测试  55-56
    5.2.4 恒电流充放电测试  56-57
    5.2.5 循环寿命测试  57-58
    5.2.6 交流阻抗测试  58-59
    5.2.7 不同电流密度对比容量的影响  59-60
  5.3 本章小结  60-61
第六章 结论  61-62
参考文献  62-67
致谢  67

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 金属元素及其化合物 > 第Ⅶ族金属元素及其化合物 > 锰副族（ⅦB族金属元素） > 锰Mn
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