碳球MnO2的水热合成及超级电容性能研究

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1、碳球／Mn02的水热合成及超级电容性能研究重庆大学硕士学位论文(学术学位)学生姓名：罗杨丽指导教师：张云怀教授肖鹏教授专业：物理化学学科门类：理学重庆大学化学化工学院二0一二年五月ResearchontheSynthesisandSupercapacitorPerformaceofCarbonSpheres／Mn02byHydrothermalAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaste

2、r’SDegreeofScienceByLuoYangliSupervisedbyProf．ZhangYunhuaiProf．XiaoPengMajor：PhysicalChemistryCollegeofPhysicalChemistryofCh(gqingUniversity,Chongqing，Chinal．5hongqlngUnlverslhon20inhina●May2012重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要超级电容器(supercapacitor)，即电化学电容器，是一种新型的储能器件，兼具传统电容

3、器和电池共同特性，主要由电极活性材料电极、集电极、隔膜、电解液、引线和封装材料组成。目前，超级电容器的研究主要集中在高性能的电极材料的制备上。超级电容器电极材料可以分为三大类：炭材料、金属氧化物及导电聚合物。随着社会的发展，超级电容器作为环保、节能、清洁能源的储能器件将受到社会越来越多的关注，因为其功率密度高、充电速度快、使用寿命长、低温性能优越、可长时间放置、可靠性高等诸多优点，可以被广泛应用于电动汽车、智能水表、智能电网、军事及相关领域。因此，超级电容器蕴藏着很好的发展前景。本论文选定水热碳球、廉价的二氧

4、化锰及其复合物作为超级电容器的电极材料，结合多种电化学测试手段和材料表征方法，对电极材料的制备、电容特性、材料的合成机理及应用等进行了探讨和研究：主要研究工作及内容概况如下：11系统地研究了水热法制备纳、微米碳球的方法，探讨了不同反应时间、反应温度及反应物浓度等制备条件对碳球形成产生的影响，并结合SEM、TEM及相关文献分析了碳球的生长机理。反应温度范围在180。C．240℃，反应时间范围在6h．24h，反应物浓度在0．025mol／L．0．1mol／L，制各出的碳球直径为40～380nto。通过探索电极的制

5、备工艺，利用循环伏安、恒电流充放电及交流阻抗等测试手段，研究了碳球基超级电容器的电容特性。研究发现，①通过调节反应条件，可以制得纳米级碳球，且粒径越小，越容易发生熔合，生成花生状或链状碳球；②粒径越小所得碳球比表面积越高，高比表面积水热碳球作超级电容器的电极材料，表现出良好的双电层电容行为，电极的可逆性良好。21通过水热法制备了不同晶型、不同形貌的Mn02粉末电极材料。研究了不同反应物浓度对生成物晶型的影响，及不同晶型的Mn02电极材料对电容特性和循环寿命的影响。研究发现，在高锰酸钾与五水硫代硫酸钠的浓度比为

6、1：1时，得到颗粒状Mn02粉末，晶型为0【型；当浓度比为1：2时，制得纳米线状Mn02粉末，晶型为v型。结果表明，V-Mn02电极材料(194F／g)的电容特性优于O【一Mn02电极材料(156F／g)。3)以KMn04和Na2S203"5H20为原料，利用水热法制得"g-Mn02@C核壳结构复合材料，并结合SEM、TEM图及相关文献分析了其生长机理及电化学性质。研究发现，通过水热法可以合成'),-Mn02@C核壳结构复合材料，复合电极的平均比电容达180．2F／g。重庆大学硕士学位论文!茎塑薹关键词：水热

7、法，二氧化锰，电化学性能，碳材料，超级电容器II重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTSupercapacitors，alsocalledelectrochemicalsupercapacitor!havebeenrecognizedasnewelectrochemicalenergydeviceswhichperformancebetweentherechargeablebatteriesandthedielectriccapacitors．Supercapacitorsmainlyconsistof

8、theelectrodeactivematerialofelectrode，electrolyte，collector，diaphragm，leadandpackagematerialAtpresent：studiesonsupercapacitorsaremainlyfocusedonthepreparationofhighperformaceelectrodematerial．Supercapa