锰氧化物基超级电容器电极材料的制备及性能研究

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1、硕士学位论文锰氧化物基超级电容器电极材料的制备及性能研究PREPARATIONANDPROPERTIESSTUDIESOFMANGANESEOXIDE-BASEDELECTRODEMATERIALSFORSUPERCAPACITOR于杰哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：TM538学校代号：10213国际图书分类号：620密级：公开工程硕士学位论文锰氧化物基超级电容器电极材料的制备及性能研究硕士研究生:于杰导师:朱振业副教授申请学位:工程硕士学科:材料工程所在单位:深圳研究生院答辩日期:2015年12月授予学位单位:哈尔滨工业大学ClassifiedI

2、ndex:TM538U.D.C.:620DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONANDPROPERTIESSTUDIESOFMANGANESEOXIDE-BASEDELECTRODEMATERIALSFORSUPERCAPACITORCandidate:YuJieSupervisor:Asso.Prof.ZhuZhenyeAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialEngineeringAffiliation:sc

3、isciscihysicsaChemiCChemistShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:ryDecember,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要近些年来，超级电容器因为其诸多优势而逐渐受到越来越多的研究人员的关注，很多人都将其视为一种很具潜力的电化学储能设备。在目前研究中，碳基材料与过渡金属氧化物的复合材料因为其资源丰富、价格低廉和环境友好以及良好的电化学性能而成为研究热点。但是石墨烯材料的制备成为了该项

4、研究的症结所在，这是因为石墨烯材料在还原的过程中容易发生团聚而使得所制得的材料丧失了石墨烯的优异性能。在本课题研究中，我们采用一定的方法来抑制石墨烯的团聚，在随后的过程中将所制得的石墨烯基材料与锰氧化物复合，并测试复合材料的电化学性能。通过在氧化石墨烯还原之前加入炭黑的方法，制得石墨烯-炭黑复合材料。通过对该材料进行SEM形貌和拉曼表征，对比氧化石墨烯还原之前加入炭黑和氧化石墨烯还原之后加入炭黑所制得的样品，发现炭黑的添加一定要在氧化石墨烯的还原之前进行，否则即便加入还原之后加入炭黑也很得到炭黑阻止石墨烯团聚的效果。而且炭黑的最佳添加比例为氧化石墨:炭黑=10:

5、1。在KMnO4与石墨烯-炭黑复合材料中碳原子反应制备的电极材料中，反应温度为120℃，KMnO4与石墨烯-炭黑复合材料的添加量分别为50mg和110mg时制备得到的样品比电容最大，在电流密度为1A/g和0.5A/g时分别可以达到118F/g和146.7F/g。该反应在120℃和150℃下不仅会生成Mn3O4，也会生成杂质相MnOOH和MnCO3。并且随着KMnO4浓度的增加，Mn3O4会逐渐发生团聚现象，这样会导致比电容的下降。在KMnO4与乙二醇反应制备Mn3O4的样品中，最大比电容在电流密度为1A/g和0.5A/g时分别仅为62.1F/g和77.9F/g。

6、单纯Mn3O4由于其电导率低下，并不能使Mn3O4完全发挥其优良的赝电容特性。由于石墨烯-炭黑复合材料的存在，一方面提高了Mn3O4的电导率，另一方面使得Mn3O4结构细化，增加其与电解液的接触面积，进而增大比电容。但是随着石墨烯-炭黑复合材料的加入，反应中也会生成一定的杂质相。综合比较两种不同的制备方法易知，KMnO4与石墨烯-炭黑复合材料反应的原位生长法是一种更加合理且具有实用意义的方法。关键词：超级电容器；石墨烯；炭黑；锰氧化物；电极材料I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractOverthepastfewyears,supercapacitorsh

7、aveattractedagreatdealofattentionduetotheiradvantagessuchashighpowerdensity,environmentalfriendlinessandlongservicelife,andshownabright,promisingprospectinareaslikenewelectronicandrenewableenergysystem,whichwerethoughttobeoneofthemostpromissingelctrochemicalenergystoragedevices.Theco

8、mpositeofcar