銅、錳納米氧化物的制備及電化學儲能性質研究.pdf

1、超級電容器和鋰離子電池的發展關鍵問題均為電極材料。本文以MnO2和CuO為研究對象，制備了納米結構的MnO2和介孔結構的泡沫CuO帶簇，對其微觀結構進行了表征，采用循環伏安法和恒流充放電法研究了其電化學性能。
　　 以Mn(Ac)2和NaSO4為電解液，采用恒電流法、恒電位法和循環伏安法分別制備了納米片狀和納米線叢狀MnO2，研究了其贗電容性能。納米線叢狀MnO2尺寸較小，比表面積很大，能有效提高MnO2的材料利用率，因而具有較

2、好的贗電容性能。在1Ag-1的電流密度下，納米線叢狀MnO2的比電容是750Fg-1，而恒電流和恒電位法制備的納米片MnO2比電容分別是675Fg-1和531Fg-1，當電流密度升至4Ag-1時，納米線叢狀MnO2的比電容仍然有425Fg-1，電容保持率高達56％，而納米片結構MnO2分別衰減為281Fg-1和245Fg-1，納米線叢狀MnO2表現出較好的大電流充放電性能。
　　 通過制備MnO2負載量不同的電極片，研究了負載量

3、的不同對MnO2贗電容性能的影響。由于MnO2導電性較差，負載量增多，MnO2的尺寸增大，導致電極反應動力學下降，造成MnO2的利用率低下，表現出較低的比電容量。在0.2Ag-1的電流密度下，恒電流制備的片狀MnO2負載量1.41mg，比電容是319Fg-1，增大到2.97mg，比電容下降到212Fg-1，增加到6.6mg，比電容只有136Fg-1。當集流體由泡沫鎳換成不銹鋼箔，1Ag-1的電流密度，集流體MnO2負載量一樣的情況下，采

4、用恒電位制備的納米片MnO2的比電容由531Fg-1減少到284Fg-1，因泡沫鎳具有較大的比表面積，MnO2分散性更好，尺寸更小，MnO2材料的利用率較高，因而采用泡沫鎳為集流體，MnO2具有較高的比電容量。
　　 通過改變MnO2的工作電位窗口，研究了充放電工作電位窗口的不同對比電容的影響，在1Ag-1的電流密度下，當工作電位窗口在0～0.7V和0～0.65V時，MnO2的比電容是694Fg-1和596Fg-1，當工作電位窗

5、口在0～0.6V及以下，比電容較小，僅有168Fg-1，循環伏安曲線也開始偏離矩形特性，表明在0～0.6V及以下，二氧化錳的贗電容特性沒有完全展現出來，贗電容反應受到限制，造成材料利用率較低，因而比電容較低。
　　 基于上面的研究結果，在泡沫鎳表面電沉積制備了負載量為0.0067mgcm-2的納米線叢狀材料利用率較低，電極，在6Ag-1的電流密度，0～0.65V工作電位窗口，比電容是692Fg-1，當電流密度增大到10Ag-1、

6、20Ag-1和30Ag-1時，比電容分別是554Fg-1、415Fg-1和415Fg-1，且在不同電流密度下，連續循環1000次，比電容量不衰減，顯示出優秀的大電流充放電性能和循環性能。
　　 采用水熱反應制備了泡沫CuO帶簇，利用涂布法制備了CuO電極，在0.2C、0.5C和1C倍率，50個循環后比容量分別是585mAhg-1、484mAhg-1和344mAhg-1，容量保持率是88.4％、76.2％和66.4％。而普通商品C

7、uO電極50個循環后的比容量分別是170mAhg-1、131mAhg-1和92mAhg-1，容量保持率是85％、71.2％和54.4％。泡沫CuO和商品CuO在0.2C倍率下的首次庫倫效率分別是62％和25％。因泡沫CuO帶由20～30nm的小顆粒自組裝而成，小顆粒之間具有介孔結構，這種泡沫狀的CuO能夠有效緩沖充放電過程中的體積變化，保持電極結構的穩定性，所以具有較好的電化學性能。
　　 對比直接生長法和涂布法制備CuO電極的