氧化锰超电容电极材料的制备及其电化学性能

发布时间：2016-10-30 18:39

  本文关键词：氧化锰超电容电极材料的制备及其电化学性能，，由笔耕文化传播整理发布。

《南京大学》 2014年

氧化锰超电容电极材料的制备及其电化学性能

戴玉明  

【摘要】：近年来,超级电容器以其高安全性、高功率密度、大电流充放电和长循环寿命等优点而成为各国竞相研究的新型储能装置。根据存储机理,超级电容器可分为两大类,即以高比表面积碳材料作为电极材料的双电层超级电容器和以具有快速氧化还原反应的金属氧化物作为电极材料的赝电容超级电容器。由于存储机制的不同,在相同面积下赝电容值可达双电层电容值得数十倍,因而赝电容电极材料更受研究关注。目前,对赝电容电极材料的研究主要集中在更具商用前景的金属氧化物尤其是贱金属氧化物,因为其理论电容大、环境污染小、制备成本低。 本文以低成本的氧化锰为研究对象,利用低成本的化学制备法(当前关于氧化锰高电容的报道主要集中在导电基体上进行电沉积制备,但该法具有产率低、成本高的不足,难以工程化应用),围绕增强其导电性和活性面积来提高电容值和循环稳定性,制备了超结构及复合结构,并探讨了这些结构对电化学性能的影响。主要内容概括如下： (1)在过硫酸铵与硫酸锰体系中,通过纳米银颗粒引导二氧化锰的生长方式,使得二氧化锰原本应为纳米片的最终形貌在SLS生长机制的驱动下转变成为纳米线,获得了一种由直径10nm左右纳米线自组装成的直径为1-2μm的超结构MnO2微米球,高分辨透射和扫描观察结果证实了在二氧化锰纳米线的尖端存在着氧化银颗粒。超结构二氧化锰的晶体类型为α-MnO2,且结晶性要优于纯二氧化锰。超结构二氧化锰具有优异的大电流充放电电容性能,100mV/s时的比电容达到417.2F/g,比纯二氧化锰提高了近1个数量级。同时,超结构二氧化锰还有着优异的循环稳定性,2000次循环后,电容保持率仍有112.7%,优于纯二氧化锰的50.9%。 (2)通过水热法制备尺寸均匀的MnO2纳米棒,然后对MnO2纳米棒进行敏化处理在其表面形成一层碱式氯化亚锡,再通过高温干燥将碱式氯化亚锡分解生成二氧化锡,最终得到MnO2@SnO2核壳结构纳米棒。该复合材料具有优异的电化学性能,其在50mV/s扫描速率时的质量比电容值为367.5F/g,约为纯MnO2纳米棒的4倍。同时,MnO2@SnO2核壳结构纳米棒还有着优异的循环稳定性,2000次循环后,电容保持率仍有91.3%,优于纯MnO2纳米棒的74.6%。 (3)采用了一种简单的方法制备了MnO2纳米棒/Au纳米粒子复合材料。首先通过水热法制备尺寸均匀的MnO2纳米棒,然后在MnO2纳米棒表面进行氯金酸的还原,进而使其表面修饰上一层稀疏的Au纳米颗粒。该复合材料具有优异的电化学性能,其在50mV/s扫描速率下的质量比电容值为406.8F/g,约为纯二氧化锰值的5倍。同时,复合材料的循环稳定性也要优于纯二氧化锰好,经过2000次循环后,其电容保持率仍达93.3%。Au纳米粒子对提高复合材料的电化学性能起到了关键作用,它不仅提高了复合材料的导电性,同时增强了复合材料的结构稳定性。 (4)采用了简单的二步法制备了MnO2纳米棒/Ag纳米粒子复合材料,首先通过水热法制备尺寸均匀的MnO2纳米棒,然后通过聚丙烯酸钠对纳米棒进行表面处理以易于银离子吸附在其表面,当加入强还原剂硼氢化钠后,银离子将被还原出银纳米粒子紧紧地附着在MnO2纳米棒表面,最终形成MnO2纳米棒/Ag纳米粒子复合材料。该复合材料具有优异的电化学性能,其在50mV/s扫描速率下的质量比电容值为396.4F/g,约为纯二氧化锰值的5倍。同时,复合材料还有着优异的循环稳定性,2000次循环后,电容保持率仍有95.2%,优于纯MnO2纳米棒的74.6%。Ag纳米粒子对提高复合材料的电化学性能起到了至关重要的作用,它不仅提高了复合材料的导电性,同时增强了复合材料的循环稳定性。该复合材料所具备的优异电化学性能,同时具有低廉的成本,使其有望成为具有应用潜力的超级电容器电极材料。

【关键词】：
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM53
【目录】：

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3 胡毅;陈轩恕;杜砚;尹婷;;超级电容器的应用与发展[J];电力设备;2008年01期

4 田艳红,张为芹;超级电容器用高性能中孔活性炭的研究[J];电源技术;2004年04期

5 童孟良;;球形α-MnO_2的制备及其电化学性能[J];电源技术;2009年10期

6 刘泓;甘卫平;郑峰;马贺然;李祥;罗贱;;超级电容器用羧基氧化钌薄膜的充放电性能[J];粉末冶金材料科学与工程;2011年03期

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8 王兴磊;何晓燕;欧阳艳;;Co_3O_4电化学电容电极材料的制备及性能研究[J];功能材料与器件学报;2012年02期

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1 蒋亚娴;陈晓红;宋怀河;;用于超级电容器电极材料的球形炭气凝胶[J];北京化工大学学报(自然科学版);2007年06期

2 靳添絮;陈杰;白永强;王海杰;;基于超级电容器的混合动力装置设计与应用[J];北京理工大学学报;2009年05期

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1 鄂宝民;黄旭;庞立军;陈昀;支伟;;先进储能技术在环渤海风电发展中的应用前景分析[A];第十三届中国科协年会第15分会场-大规模储能技术的发展与应用研讨会论文集[C];2011年

2 黄旭;高毅;;先进储能技术在天津智能电网建设中的应用前景分析[A];第十三届中国科协年会第15分会场-大规模储能技术的发展与应用研讨会论文集[C];2011年

3 邓浩;张宁;冯哲圣;;大容量化学储能系统研究进展[A];中国电子学会第十六届电子元件学术年会论文集[C];2010年

4 周建新;沈湘黔;;超级电容器电极材料研究进展[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年

5 陈博;连志阳;张德远;;生物加工方法制备雷达波吸收剂的前景探讨[A];2006年全国功能材料学术年会专辑（Ⅲ）[C];2006年

6 刘希邈;龙东辉;张睿;詹亮;凌立成;;双电层电容器用沥青焦基活性炭的制备工艺条件对其孔结构及电化学性能的影响[A];第20届炭—石墨材料学术会论文集[C];2006年

7 张丽明;胡耀强;詹亮;凌立成;;活性炭粒度对无极系超级电容器电极性能的影响[A];第20届炭—石墨材料学术会论文集[C];2006年

8 魏海博;陈一民;谢凯;;高比表面积椰壳活性炭电极材料研究[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2012学术交流会议论文（摘要）集[C];2012年

9 靳添絮;刘立;陈树新;;军用装备中基于超级电容器的混合动力装置设计及应用[A];2011年中国智能自动化学术会议论文集（第一分册）[C];2011年

10 李常浩;刘天晴;;层状液晶中氧化镍纳米片的制备及电化学特性[A];中国化学会第十四届胶体与界面化学会议论文摘要集-第1分会：表面界面与纳米结构材料[C];2013年

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2 哈里德;几种锰氧化物纳米材料的合成、表征及其在颜料催化降解中的应用[D];华中科技大学;2011年

3 郎俊伟;用于超级电容器的金属氧化物及其复合电极材料的制备与性能研究[D];兰州理工大学;2010年

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5 王华兰;石墨烯/导电聚合物纳米复合材料及其电化学研究[D];南京理工大学;2011年

6 李艳华;基于超级电容器用的四氧化三钴的形貌可控制备及性能研究[D];中南大学;2011年

7 王新宇;超级电容器用新型电极材料的研究[D];中南大学;2011年

8 杨娟;超级电容电池用炭类负极材料制备及性能研究[D];中南大学;2010年

9 汪形艳;金属氧化物/碳微球复合材料超级电容特性研究[D];湘潭大学;2011年

10 张玉洁;聚吡咯复合纳米材料制备及其在电容法脱盐中的应用研究[D];天津大学;2011年

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1 郑丽萍;碳化钙骨架碳的制备及其修饰在超级电容器中的应用[D];湘潭大学;2010年

2 俞力家;花生壳制活性炭及其用于脱铬的研究[D];河南工业大学;2010年

3 李媛;超级电容器电极材料的制备及其电化学性能的研究[D];沈阳理工大学;2010年

4 赵欣;炭气凝胶的制备及其对低密度脂蛋白的吸附研究[D];华东理工大学;2011年

5 王猛;功能性介质中高性能导电聚吡咯的合成和性能研究[D];华东理工大学;2011年

6 苗森;水溶性酚醛树脂的成炭性能及其复合材料的研究[D];华东理工大学;2011年

7 田华亭;AGV用超级电容与蓄电池电电混合的实验研究[D];昆明理工大学;2010年

8 樊武琨;热敏CTP成像材料体系的构筑与性能研究[D];北京印刷学院;2010年

9 孔德帅;纳米多孔结构镍基复合膜电极的电化学法制备及其赝电容性能[D];浙江大学;2011年

10 国帅;模板碳的制备及其电容性能的研究[D];东华大学;2010年

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1 杨蓉;康二维;崔斌;谢钢;蒋百灵;;超级电容器聚苯胺电极材料的研究进展[J];工程塑料应用;2010年05期

2 庞旭;马正青;左列;曾苏民;;超级电容器金属氧化物电极材料研究进展[J];表面技术;2009年03期

3 周新民;孙晖;;新型储能元件综述——超级电容及其应用[J];变频器世界;2009年06期

4 桂长清;新型贮能元件超级电容器[J];船电技术;2003年01期

5 张传喜;郑中华;;超级电容器碳材料的研究现状与发展[J];船电技术;2007年05期

6 李晶;赖延清;李颉;刘业翔;;导电聚苯胺电极材料在超级电容器中的应用及研究进展[J];材料导报;2006年12期

7 吕进玉;林志东;;超级电容器导电聚合物电极材料的研究进展[J];材料导报;2007年03期

8 陈光铧;徐建华;杨亚杰;蒋亚东;葛萌;;超级电容器有机导电聚合物电极材料的研究进展[J];材料导报;2009年19期

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10 邓梅根,杨邦朝,胡永达;纳米NiO的制备及其赝电容特性研究[J];材料工程;2005年05期

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1 郎俊伟;用于超级电容器的金属氧化物及其复合电极材料的制备与性能研究[D];兰州理工大学;2010年

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7 王尔贤;天然二氧化锰和干电池[J];电池工业;1998年03期

8 何英,李诚芳;酸处理对天然二氧化锰电性能的影响[J];电源技术;2000年01期

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3 张熊;杨秀双;纪丽艳;王毅;陈旭;杨文胜;;亚甲基蓝插层二氧化锰复合材料剥离/组装法制备及其性能研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（上册）[C];2006年

4 林中魁;庄凯寒;陈锦毅;蔡健益;苏程裕;林鸿明;;气凝合成奈米氧化锰粉体之特性研究[A];中国颗粒学会2006年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2006年

5 季辰辰;蔡长君;鲁振江;包淑娟;;层状二氧化锰的合成及其电化学性能研究[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年

6 张治安;杨邦朝;邓梅根;胡永达;;氧化锰电极的微结构与电容行为研究[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年

7 宋文娥;程方益;赵建智;陈军;;二氧化锰及其复合材料的化学制备和电极性能研究[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年

8 许乃才;乔山峰;唐秀花;刘宗怀;;不同形貌层状氧化锰的可控合成与表征[A];中国化学会第26届学术年会纳米化学分会场论文集[C];2008年

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2 赵欢;[N];团结报;2007年

3 特邀撰稿 向民贵 胡建 周方俊 唐雄英;[N];湖南日报;2011年

4 本报特约记者 向民贵　通讯员 唐正海 胡建 周方俊 舒绍云 覃选生;[N];团结报;2011年

5 本报记者 魏静;[N];中国证券报;2013年

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2 魏春光;二氧化锰的隧道调控和电化学离子存储性能研究[D];清华大学;2013年

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4 张立珠;新生态二氧化锰对水中有机污染物的强化去除作用[D];哈尔滨工业大学;2008年

5 黄行康;二氧化锰的制备、结构表征及其电化学性能[D];厦门大学;2007年

6 杨晶晶;纳米水合二氧化锰氧化水中典型有机污染物的效能研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

7 尹文新;在氯盐介质中同时电解铅和二氧化锰的研究[D];东北大学;2008年

8 朱刚;独特形貌氧化锰纳米电极材料的可控制备及其电容性质研究[D];陕西师范大学;2013年

9 戴玉明;氧化锰超电容电极材料的制备及其电化学性能[D];南京大学;2014年

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1 张琼;生物氧化锰的形成及其与砷的交互作用[D];山西师范大学;2013年

2 郄忠伟;超级电容器用纳米二氧化锰电极材料的制备及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

3 马贺;微/纳米二氧化锰的制备及其电磁特性的研究[D];大连理工大学;2009年

4 王玉婷;纳米二氧化锰的可控制备及电化学性能研究[D];大连理工大学;2011年

5 陈娜;离子液体辅助条件下特异形貌氧化锰的可控制备研究[D];陕西师范大学;2011年

6 吴江丽;辉钼矿和二氧化锰共同焙烧新工艺的研究[D];中南大学;2005年

7 楼颖伟;纳米二氧化锰制备及电化学性能研究[D];浙江工业大学;2004年

8 秦继伟;铁掺杂纳米二氧化锰的制备及其电化学性能[D];大连理工大学;2012年

9 胡彩园;基于纳米二氧化锰的电化学生物传感器的研究[D];浙江工业大学;2012年

10 刘晶;二氧化锰及其复合材料电化学性能研究[D];天津大学;2009年

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