导电材料改性四氧化三锰复合电极的构筑与性能的研究

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1、导电材料改性四氧化三锰复合电极的构筑与性能的研究PreparationandPerformanceofConductiveMaterialModifiedMn3O4CompositeElectrode学科专业：材料学作者姓名：王文静指导教师：许鑫华教授天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中

2、作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（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：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要超级电容器作为一种绿色的储能器件，具有功率密度高以及绿色环保、安全、易维护、使用温度范围广等优点，因而在新能源领域受到广泛的关注。锰氧化物由于理论容

3、量高、价格低、无污染等而被视为十分有潜力的超级电容器的电极材料。其中，四氧化三锰由于储量丰富、常温下稳定，微观结构可控，成为了研究的热点。但是四氧化三锰导电性差严重制约了其电化学性能，因此提高四氧化三锰的导电性与稳定性十分重要。本文利用四苯基卟啉四磺酸作为交联剂与掺杂剂制备出高导电率的片状聚苯胺凝胶网络，然后采用苯胺单体原位聚合包覆互相搭接的四氧化三锰纳米棒，制备出三维多孔Mn3O4/PANi复合凝胶网络。电化学性能测试表明复合电极在0.5Ag-1的电流密度下比容量达到422Fg-1。在循环2000次后，容量损失为11%，复合材料展示出较高的比容量以及稳定性。结果证明

4、利用导电聚合物良好的电子离子传输特性和类似钢筋混凝土的结构有效地提高了材料的导电性与稳定性。在此基础上，利用超声以及静电吸附制备了二维插层互嵌Mn3O4/RGO复合材料。利用石墨烯优异的导电性与力学特性和特殊的复合结构可有效提高Mn3O4的导电性并且有效防止了还原氧化石墨烯的团聚。电化学性能测试表明二维插层互嵌Mn-1-13O4/RGO复合材料在0.5Ag的电流密度下其比容量达到531Fg。复合电极在5000次的循环后容量损失为8%，并且具有优异的导电性。此外，该复合材料还具有良好的加工性能，可利用3D打印及丝网印刷制备微型超级电容器。关键词：超级电容器，四氧化三锰纳

5、米棒，聚苯胺凝胶，还原氧化石墨烯，3D打印IABSTRACTSupercapacitors,asakindofgreenenergystoragedevice,haveattractedlotsofattentionforitshighpowerdensity,environmentalfriendship,safety,easymaintenanceandwidetemperaturerange.Manganesemetaloxidesarethepromisingsupercapacitorelectrodematerialbecauseoftheirhighth

6、eoreticalcapacity,lowcostandenvironment-friendly.Mn3O4haspaidabundantattentionduetonatureabundance,stabilityandcontrollablemicrostructure.However,thepoorconductivityofMn3O4seriouslyrestrictsitsfurtherdevelopment.Therefore,itisveryimportanttoimprovetheconductivityandstabilityoftheMn3O4.I

7、nthispaper,wesynthesizedhighconductivitypolyanilinehydrogelwiththree-dimensionalporousnetworkstructurebyTPPSascrosslinkingagentanddopingagent.Then,athree-dimensionalporousMn3O4/PANicompositehydrogelispolymerizedin-situ,withnanorodsuniformlycoatedbypolyaniline.Theresultsofelectr