二氧化錳及其復合材料超電容行為研究.pdf

1、手兩要在當今社會，能源需求不斷上升，新型儲能元件的研究刻不容緩。超級電容器作為一種性能介于電池與傳統電容器之間的新型儲能器件，在諸多領域具有廣闊的應用前景。其中，電極材料是影響超級電容器性能的關鍵因素。二氧化錳(Mn02)電化學性能優良，在超級電容器電極材料的研究中備受關注。但是，納米Mn02單獨作為超級電容器電極材料時，存在明顯的顆粒團聚現象，導致材料利用率、能量密度較低。針對以上問題，通過將MnO：與其他電極材料如導電聚合物、金屬氧

2、化物及碳材料復合，進而提高材料的電容性能，是本論文的研究主旨。本論文通過液相共沉淀法、一步化學氧化法和水熱合成法分別制備了Mn02、PoPD／Mn02和Mn02／Ce02材料。在Mn02、PoPD／Mn02制備過程中分別加入表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)、聚環氧乙烷聚環氧丙烷聚環氧乙烷(P123)，通過表面活性劑作為結構導向劑或軟模板來改善Mn02、PoPD／Mn02的形貌、粒徑及分散性，進而提高了材料的超電容性能。其次，利用稀土金

3、屬氧化物Ce02良好的可逆氧化還原反應特性和Mn02優良的循環穩定性和電容保持率，制備了電容性能更為理想的MnOz／Ce02二元復合金屬氧化物電極材料。主要得出以下結論：(1)SDS輔助條件下，通過液相共沉淀法制備Mn02，考察了SDSJJ[1入量對Mn02結構及電容性能的影響規律與作用機理。結果表明：獲得的Mn02為典型的無定型IxMn02。SDS加入量對Mn02的形貌、分散性及顆粒粒徑存在明顯的影響。最佳SDS力I]入量02g(O0

4、17molL。1)條件下制備的樣品MnO2具有最大的BET比表面積(品ET)2559m2g一，最佳的顆粒分散性和最小的粒徑(50—80rim)，在500mA岔1電流密度下(下同)具有最大的比電容(Cs。)1545Fg～，與無SDS條件下制備的樣品Mn0相比，cs。提高了約50％，Mn一02倍率特性和循環穩定性明顯提高，等效串聯電阻餌。)大幅度降低，僅僅0120Q。(2)在P123輔助條件下一步化學氧化法制備7“PoPD／Mn02復合材料

5、。結果表明：合成的PoPD／Mn02均為無定形弱晶相結構。P123能有效地調控PoPD／Mn02的形貌、粒徑和分散性。在P123最佳加入量08g(00035mol—L‘1)下制備的樣品PoPD／Mn02—08具有最佳的孔結構和電容性能：瑋ET1232m2g。1和G。2924Fg～，遠高于未加P123的樣品nPoPD／Mn02—0(47。2m2g～矛1162。1Fg‘1)，倍率特性、循環穩定性得到提高，風、電荷轉移電N(Rct)和擴散阻抗

6、(Z0)出現明顯降低。(3)采用水熱合成法制備分層次多孔納米Mn02／Ce02。結果表明，Mn02／Ce02分別為0[一Mn02和螢石型Ce02，合成的樣品結晶性良好，顆粒狀的Ce02均勻負載于Mn02納米棒上，樣品尺寸明顯降低，團聚現象顯著改善。Mn02／Ce02的風ET高于原先單一組分，由單一組分的富微孔材料變化為典型的分層次富介孔材料。其中，樣品Mn02／Ce02—1的SETAbstractHIWiththeincreasingd

7、emandforenergyofmodemsocietytheresearchofnewtypechargestorageelementsallowsofnodelaySupercapacitors，akindofuniqueenergystoragedevicefillingthegapbetweenconventionaldielectriccapacitorsandbatteries，havebroadapplicationpro

8、spectsinmanyfieldsThereinto，electrodematerialisvitaltochargestorageperformanceManganesedioxide(Mn02)withexcellentcapacitanceperformancereceivesmuchconcerninthestudyofelectrodematerialsHoweverHalloMn02particlesarepronetoa

9、ggregate，resultinginlowutilizationratioandenergydensitySo，combiningMn02withotherkindofelectrodematerials，suchasconductingpolymers，metaloxidesandcarbonmaterials，hasbecomearesearchhotspotInthispaperMn02anditsbinarycomposit

10、esPoPD／Mn02andMnOflCe02waspreparedbyliquidCO—precipitation，onestepchemicaloxidationmethodandhydrothermalsynthesis，respectivelyInordertoimproveelectrodematerialsenergydensity，surfactantsodiumdodecylsulfate(SDS)andpolyethy

11、leneoxidepolypropyleneoxidepolyethyleneoxide(P123)，thestructuredirectingagents，wereemployedtocontrolMn02andPoPD／Mn02morphologypariclesizeanddispersityrespectively，thustoincreasethecapacitanceperformanceAvarietyofcharacte

12、rationmethodswereusedtoconfirmtheoptimaladditionamountandtovarifythepossiblemechanismOncapacitancebehaviorfromsurfantantsThen，couplingtheindividualadvantage，thereversibleredoxpropertiesfromrareearthoxideCe02andexcellentc

13、yclestabilityandcapacitanceretentionfromMn02，wegotbinarycompositemetaloxideelectrodematerialsMn02／Ce02withpreferablecapacitanceperformanceWesystematicallyinvestigatedtheeffectofCe02contentonthecapacitanceperformanceInadd

14、ition，thematerialstructure，morphologyandspecificsurfaceareaaremeasuredbyXrayabsorptionnealc—edgespectroscopy(XANES)，infraredspectroscopy(FT1R)，X—raydiffraction(XRD)，scanningelectronmicroscopy(SEM)，transmissionelectronmic

15、roscopy(TEM)，X—rayspectroscopy(EDS)，N2adsorptionandSOonTheelectrochemicalpropertiessuchascapacitanceperformance，ratecapability，powercharacteristics，cyclestability，impedanceofMn02anditscompositeelectrodematerialswerealsot

16、estedbycyclicvoltammetry(CⅥ，constantcurrentchargeanddischarge(GCD)andACimpedance(EIS)Themainconclusionsareasfollows：(1)WiththeassistanceofSDS，Mn02WaspreparedbyliquidcoprecipitationTheinfluencelawandmechanismofSDSaddition