錳基納米二元-三元氧化物電極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、能源的短缺和化石能源的大量消耗，使得人們對(duì)可持續(xù)和可再生新能源的關(guān)注度越來越高。近年來，圍繞高效儲(chǔ)能裝置的研究，特別是具有較高功率密度的超級(jí)電容器的研究逐漸成為熱點(diǎn)。電極材料是決定超級(jí)電容器性能的主要因素，對(duì)高效能電極材料的探索尤為重要。過渡金屬氧化物MnO2儲(chǔ)量豐富，成本低廉，理論比電容較高，是一種很有前景的贗電容電極材料。然而，MnO2導(dǎo)電率差，極大地制約了其進(jìn)一步發(fā)展。為了改善二氧化錳自身導(dǎo)電性差的問題，本文主要通過水熱法制備出不

2、同晶型的二氧化錳及其復(fù)合物和三元錳基氧化物，研究它們作為超級(jí)電容器電極材料的電學(xué)性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴加入不同的添加劑，低溫水熱法制備出一維線狀和棒狀的α-MnO2，和三維墻狀結(jié)構(gòu)的δ-MnO2納米電極材料。相比于一維結(jié)構(gòu)，三維墻狀結(jié)構(gòu)可以供較多的活性位點(diǎn)，促進(jìn)法拉第電容反應(yīng)，提高電化學(xué)性能。在保持恒電流密度為1A g-1時(shí)，三種電極材料的比電容分別為158Fg-1（線狀）和106 F g-1（棒狀），400 F g-

3、1（三維墻狀），但是單一二氧化錳的循環(huán)穩(wěn)定性較差。⑵利用一步水熱法制備出NiO納米帶，以獲得的納米氧化鎳粉末作為反應(yīng)物，再通過第二步水熱法制備出NiO-MnO2復(fù)合物。對(duì)復(fù)合物形成過程進(jìn)行探究，隨著復(fù)合水熱反應(yīng)的進(jìn)行，二氧化錳納米微球逐漸在氧化鎳納米帶基體上堆積，形成又納米微球組成的棒狀結(jié)構(gòu)。對(duì)NiO-MnO2復(fù)合物進(jìn)性電化學(xué)測(cè)試，測(cè)得在電流密度為1 A g-1時(shí)，其比電容為212 F g-1，較單一氧化物氧化錳，比電容略有提高，但是相

4、比較于單一的氧化鎳，比電容較小，電化學(xué)電勢(shì)窗口有明顯增大。⑶三元氧化物被認(rèn)為是最有前景的電極材料。利用水熱法在導(dǎo)電基體泡沫鎳上制備出三元氧化物錳酸鎳 NiMn2O4，形成片狀陣列結(jié)構(gòu)，片與片之間架構(gòu)成孔結(jié)構(gòu)，有利于電解液離子的傳輸，縮短擴(kuò)散路徑。在堿性電解液和中性電解液中分別進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，不需要加入其他的粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，也不需要人工涂覆電極，可大大較小電極的內(nèi)阻，大大提高電極材料的電化學(xué)性能，在電流密度為1Ag-1時(shí)，KOH電解液中測(cè)