基于mno_2的超级电容器电极材料的制备及电化学性能研究

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1、分类号TM学校代号10462密级公开学号331204000114〕硕士学位论文基于Mn02的超级电容器电极材料的制备及电化学性能研究学位申请人：姚倩倩导师姓名及职称：张勇教授专业名称：化学工程与技术学科门类：工学论文提交日期：2015/6ADissertationSubmittedtoZhengzhouUniversityofLightIndustryfortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringSciencePreparationandElectrochemistricalBeh

2、aviorofMnO2ElectrodeMaterialsforSupercapacitorCandidate:QianqianYaoSupervisor:YongZhangMajor:ChemicalEngineeringandTechnologySchoolofMaterialandChemicalEnergeeringZhengzhouUniversityofLightIndustryZhengzhou450002,P.R.ChinaJune2015郑州轻工业学院学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文

3、，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作出了明确的声明并表示了谢意。本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。学位论文作者签名:年月日郑州轻工业学院学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，g(]:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于郑州轻工业学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅

4、和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为郑州轻工业学院。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名：脉泠fjj指导教师签名：年月日年月日摘要超级电容器作为一种新型储能器件，与目前广泛使用的各种储能器件相比，具有快速的充放电性能、良好的循环稳定性以及工作温度范围广等。MnO2作为超级电容器电极材料具有理论比容量高、来源丰富、无污染以及价格便宜等优点，但MnO2材料

5、本身的内阻很大，对电容器的性能有较大的影响。另外，法拉第赝电容储能方式是表面反应，只有电极材料的表层或近表层的活性物质才参与充放电反应，而内部“大量的”活性物质不能够有效的利用，致使其实际容量值远远小于理论值，从而限制了其发展与应用。因此，为了提高MnO2的导电性和利用率，我们分别采用了液相沉淀法和水热法制备了MnO2电极材料，并在此基础上，通过物理掺杂各种碳材料制备了一系列MnO2/C复合材料。本论文的主要研究工作如下：1.采用液相沉淀法制备了MnO2电极材料，通过XRD、FESEM、比表面积和孔隙度分析仪、恒流充

6、放电、CV和EIS等测试手段，分析并优化了最佳的制备工艺。结果表明，MnO2电极材料制备的最优工艺是：Mn(AC)2为锰源，K2S2O8与Mn(Ac)2反应摩尔比为3:1，反应时间6h。在此最优工艺条件下制备的样品为α-MnO2，呈类球形，且表面被一层纤维所覆盖，纤维的直径约为50nm，长度为80-150nm。电化学性能测量表明，在最优工艺下，在100mA/g的充放电电流密度下，单体电极的放电比电容为268F/g，当电流密度增加到300mA/g时，其放电比电容为257F/g，容量保持率为96%，显示出良好的电容特性。

7、此外，电极材料经过2000次循环后，容量保持率仍高于50%，而且在循环过程中库仑效率接近100%。2.采用水热法制备了MnO2电极材料，研究了HCl用量，反应温度和反应时间对MnO2电极材料性能的影响，通过XRD、FESEM、比表面积和孔隙度分析仪、恒流充放电和CV等测试手段，分析并优化了最佳的合成条件。结果显示，MnO2电极材料制备的最优工艺条件是：HCl用量为10mL，反应温度为130°C，反应时间为12h。在最优工艺条件下所制备的样品为α-MnO2，颗粒的大小不均匀，直径大约在为1.0-2.0μm。电化学性能测

8、量表明，在最优工艺下，当充放电电流密度为100、150、200、250和300mA/g时，其放电比电容分别为294、272、261、255和251F/g，表现出良好的电化学性能。此外，电极材料在电流密度为300mA/g下，经过2000次循环后，容量仅衰减了8%，放电容量仍高达228F/g，在整个循环过程中，充放电库伦效率均高于95%。3.采用水