mno_2基纳米材料用于超级电容器电极材料的研究

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1、，感矣ＭＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ相第—所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５吕ｓｍ．Ｖ；硕±学位论文学科专业：化学工艺＿一张晓媛；ＢＢ作者姓名指导教师；陈明鸣副教授ｊＭＨＢ遽天津大学研究生院ＪＰ＜ｔＭＨＥ２０１日年６月ｍｐＦ■一？’MnO2基纳米材料用于超级电容器电极材料的研究MnO2-basednano-materialsforsupercapacitors学科专业：化学工艺研究生：张晓媛指导教师：陈明鸣副教授天津大学化工学院二零一五年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导

2、师指导下进行的研究工作和取得的，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外研究成果，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得天津大学或其化教育机构的挙位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名沸歲逼签字日期；令古年巧攻日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完今了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可Ｗ将学位论义的含部或部分内巧编入有关教据產讲斤粉索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文

3、的复印件和磁盘。＾（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：雖化線导师签名；Ａ稱明己签字日期：年立月寺日签字日期：＞位年月：Ｕ９摘要本文主要从化学组成和结构两个方面对MnO2电极材料进行修饰研究。在化学组成方面，分别选用了一种两亲性炭材料（CP-A5）和高导电的导电炭黑（科琴黑KB）为炭质基体，合成了纳米层面上的中空复合材料MnO2/CP-A5和自身具备高导电性的MnO2/KB的电极材料；在结构修饰方面，构建了单壳层中空MnO2微方结构和双壳层中空MnO2微球结构。CP-A5促使前驱体MnCO3的形貌由微方变成了微球，尺寸由450nm缩减为300

4、nm，基本构筑单元由二维纳米片变成了纳米碎片。最终产物MnO2中空微方和MnO2/CP-A5中空微球很好地保持了它们各自前驱体的形貌，并且继承了它们各自的构筑单元。电化学数据表明，和MnO2中空微方相比较，MnO2/CP-A5中空微球不仅表现出更高的比容量和更小的电阻（包括电极的固有电阻、法拉第反应阻抗和离子扩散-转移阻抗），而且还表现出更好的电化学循环稳定性。这主要归功于MnO2/CP-A5具有更小的颗粒尺寸、诱导的球形形貌以及被修饰的电极/电解液界面。利用自模板法，对前驱体MnCO3进行了两次的氧化-酸溶解循环处理，制备了双壳层中空MnO2微球。X射线衍射技术（XRD）、红外光谱（

5、FTIR）、场扫描电镜（FESEM）和投射电镜（TEM）共同记录了在整个合成过程中样品在组成和结构方面的演变。双壳层中空MnO2微球表现出出色的倍率性能，当电流密度由0.2Ag-1增大25倍到5Ag-1时，其容量保持率为86.2%。利用KMnO4和C之间的氧化还原反应，将MnO2纳米结构均匀直接地沉积到高导电的KB基体上。通过控制复合物中MnO2的含量，可以实现电极中导电剂的零添加。当MnO−12的含量为37%时，KB-MnO2-37的比容量为252Fg。以KB-MnO2-37为正极材料，KB和磺化沥青活性炭SPs-70-2分别为负极材料，组装KB//KB-MnO2-37和SPs-70

6、-2//KB-MnO2-37非对称水系电容器。其中，KB//KB-MnO-12-37非对称电容器表现出良好的倍率性能，在10Ag的电流密度下，它的能量密度和功率密度分别为10.1Whkg-1和8.5kWkg-1。而SPs-70-2//KB-MnO-12-37非对称电容器达到了较高的能量密度，在150Wkg的功率密度下，其能量密度为31.1Whkg-1。关键词：超级电容器中空二氧化锰炭材料纳米材料复合物ABSTRACTThepapermainlyrelatestoanimprovementofMnO2aselectrochemicalmaterialsforsupercapacitors

7、,includingitschemicalcomposeandstructure.Foritschemicalcompose,anamphiphiliccarbonaceousmaterial(calledCP-A5)andthehighlyconductiveKetjenBlack(KB)wereselectedascarboneousmatrixes.AhollowMnO2/CP-A5hybridonthenano-scaleandMnO2