超级电容器电极材料的制备和电化学性能研究

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1、分类号：TM53密级：公开UDC：学校代码：10127硕士学位论文论文题目：超级电容器电极材料的制备和电化学性能研究英文题目：StudyonPreparationandElectrochemicalPerformanceofElectrodeMmaterialsinSupercapacitors.学位类别：硕士研究生姓名：王俊学号：201202048学科(领域)名称：化学工程与技术指导教师：李松波职称：教授协助指导教师：王毅职称：研究员2015年6月6日内蒙古科技大学硕士学位论文摘要超级电容器作为一个新型的

2、储能装置越来越受到科研工作者的关注，大比电容并且循环性能稳定的电极材料成为了制约超级电容器发展的关键因素。超级电容器最常用的电极材料主要分为三类，分别是过渡金属氧化物材料、活性炭材料以及导电聚合物。在众多的电极材料中，二氧化锰和石墨烯材料受到了广泛的关注。锰元素在自然界中的丰度很高，所以二氧化锰材料价格低廉，并且它是一种环境友好型的材料。最近的研究表明二氧化锰材料拥有很高的法拉第电容，所以它是一种很好的超级电容器材料。但是二氧化锰的晶型众多，结构复杂，因此需要进行深入研究找出适合的超级电容器电极材料。同样，

3、石墨烯材料由于它的特殊层状结构和很大的比表面积，也适合作为超级电容器的电极材料。但是通过普通的化学法还原GO并不能得到高性能的石墨烯，因此也需要找出合适的方法来制备石墨烯材料。在充分的文献调研基础上，合成了高比电容的球形二氧化锰和层状多孔结构的表面改性石墨烯材料。本文的主要实验内容包括以下两个部分：（1）通过溶液法制备球形碳酸锰，并将其作为牺牲模板与一定浓度的高锰酸钾反应，再通过酸处理制备出了高比电容的球形二氧化锰和中空的球形二氧化锰。运用循环伏安法（CV）、恒电流充放电法（CD）以及交流阻抗（EIS）等测

4、试方法来表征其其在电化学方面的性能。发现球形二氧化锰在1mol/L的硫酸钠溶液中电容性能最好，当扫面速率为5mVs-1时比电容高达525Fg-1，而中空结构的球形二氧化锰的比电容更加优越。之后通过交流阻抗测试，并利用Zview模拟球形二氧化锰工作电极的RC电路图，发现电容的主要储能模式为法拉第电容。（2）用Hummers法合成氧化石墨烯（GO），然后用水合肼还原GO制备得到了普通的石墨烯（rGO）。另外利用三聚氰胺对GO表面进行了改性，然后用热还原法在400℃的条件下制备出了高性能的表面改性石墨烯（SF-r

5、GO）。经表面电镜测试，rGO和SF-rGO均为层状的多孔结构。电化学测试结果表明SF-rGO的电容性能与rGO相比更加优越，并且循环稳定性十分优良。测试发现SF-rGO在3mol/LKOH电解液中电化学活性最好，当扫描速率为5mVs-1时SF-rGO的比电容可以达到251Fg-1。进一步的研究表明，石墨烯的电荷储存机理为双层电容的模式，并且可以在大电流的条件下正常工作。进一步合成了PANI/SF-rGO复合材料，并表征了其电容性能。关键词：超级电容器；二氧化锰；石墨烯；表面改性；复合材料I内蒙古科技大学硕

6、士学位论文AbstractElectrochemicalcapacitorwhichisapower-typeenergystoragedevicethatcanprovideaveryhighpowerdensityandalongcycle-life,hasbeenreceivedenormousattentioninrecentyears.Thecapacitanceandstabilityofelectrodematerialsarekeyfactorsforhighperformancesuper

7、-capacitors.Generally,themostwidelyusedactiveelectrodematerialsofsuper-capacitorsarecarbon,conductingpolymers,andtransition-metaloxides.Ofthevariousmaterials,MnO2andgraphemeattractsintenseinterests.MnO2foritslowcost,environmentalfriendliness,naturalabundan

8、ceandhighsecurityduringfabricationandoperationswhichisidealcapacitormaterial.Butthecrystaltypesofmanganesedioxideisnumerousandcomplicatedstructure,thereforeneedtobefurtherstudiedtofindoutthesuitableoneforthes