Mn基氧化物和石墨烯電極材料的制備及其超電容性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間的新型儲(chǔ)能元件。與傳統(tǒng)靜電電容器相比,超級(jí)電容器具有更高的能量密度;與電池相比,具有更大的功率密度,更長使用壽命,更高的充放電效率。由于超級(jí)電容器具有高功率密度,能滿足電動(dòng)汽車啟動(dòng)、加速等對(duì)高功率的需要,也可用于直流開關(guān)電源、電路元件和小型電器等,應(yīng)用前景十分廣闊,日益受到人們的重視。目前,超級(jí)電容器的研究主要集中于高性能電極材料的制備。本文研究了MnO2、Mn-Ni氧化物、石墨烯、Mn-Ni氧化

2、物/石墨烯等電極材料的制備及其超電容性能,主要內(nèi)容包括:
　　(1)嘗試采用簡(jiǎn)易的室溫固相配位法合成超細(xì) MnO2電極材料。將乙酸錳和草酸等主要原料在室溫混合、高能球磨10 h,得到配位化合物草酸錳,將該配位化合物在250℃煅燒10 h制得 MnO2電極材料。結(jié)果表明,制得的錳氧化物主要由a-MnO2和g-MnO2晶相組成,一次粒徑為~200 nm。該電極材料在5 mol/L KOH電解液中表現(xiàn)出優(yōu)良的超電容性能。循環(huán)伏安測(cè)試的掃

3、描速度為2 mV/s時(shí),該電極材料的比電容為337 F/g,在50 mV/s時(shí)比電容為197 F/g。在電流密度為0.8 A/g恒流充放電500次循環(huán)后,該電極材料的比電容為228 F/g,仍保持了初始比電容的75％。
　　(2)研究了Ni含量對(duì) Mn-Ni復(fù)合氧化物電極材料的超電容性能的影響。以硫酸錳、氯化鎳和氫氧化鉀為主要原料,采用固相配位方法合成了Mn1-xNixOδ(x=0,0.2,0.4)復(fù)合氧化物電極材料。結(jié)果表明,該

4、 Mn1-xNixOδ復(fù)合氧化物呈現(xiàn)α-MnO2和g-MnO2相結(jié)構(gòu),由超細(xì)一次顆粒聚集成介孔、形狀不規(guī)則的團(tuán)聚體。適度的Ni含量可顯著改善 Mn-Ni復(fù)合氧化物電極材料的超電容性能,其中的Mn0.8Ni0.2Oδ電極材料表現(xiàn)出最大的比電容和最好的循環(huán)穩(wěn)定性。在5 mol/L KOH電解液中,循環(huán)伏安測(cè)試的掃描速度為2 mV/s時(shí),Mn0.8Ni0.2Oδ電極材料的比電容為528 F/g,當(dāng)掃描速度增大到50 mV/s時(shí),該電極的比電容

5、為221 F/g。以1.24 A/g電流密度恒流充放電500次循環(huán)后,其比電容為250 F/g,仍保留了其初始比電容的89%。
　　(3)研究微波處理對(duì) Hummers法制得的石墨烯的電容性能的影響。采用Hummers法得到氧化石墨烯,再經(jīng)水合肼還原得到石墨烯,采用微波處理進(jìn)一步改善該石墨烯的超電容性。結(jié)果表明,微波處理可進(jìn)一步減少石墨烯的殘余含氧功能團(tuán);在適度的微波處理?xiàng)l件(樣品2 g,功率800 W,處理時(shí)間30 s)得到的石

6、墨烯樣品不僅具有優(yōu)異的高功率性能,還保持了較大的比電容;在5 mol/L KOH電解液中,循環(huán)伏安測(cè)試的掃描速度為2 mV/s時(shí),其比電容為145 F/g,當(dāng)掃描速度增大到150 mV/s時(shí),其比電容仍有92 F/g,以1.25 A/g電流密度恒流充放電2000次循環(huán)后,其比電容為105 F/g,保持其初始比電容的98%。
　　(4)嘗試以室溫固相法合成的石墨烯/Mn0.8Ni0.2Od復(fù)合材料為正極材料,上述微波處理的石墨烯為負(fù)