论文部分内容阅读
电化学电容器是一种新型的能源储存器件,电极材料是影响其性能的重要因素。MnO2具有性能优良,储量丰富、价格低廉和环境友好等优点,一直倍受人们关注。最初的MnO2材料主要采用电解法制备,成本较高,所得产物形貌不规则,颗粒尺寸较大。因此,近年来人们比较关注MnO2材料的制备方法,对其制备方法进行了大量的研究。研究表明,不同的制备方法制备出的材料形貌、性质等方面均有较大差别。本论文采用界面法和软模板法制备出MnO2,并对MnO2的性能进行了优化,具体工作如下：在常温条件下,Mn2+和MnO4-在有机相与水相界面上发生氧化还原反应制备纳米MnO2。较传统的液相均一反应,有机-水溶液界面反应更简单。实验探讨了纳米MnO2可能的生长过程,并对其电容性能进行研究。XRD结果表明样品为α-MnO2和γ-MnO2的混合晶相,SEM表明所制备的MnO2由长度为300 nm的纳米棒聚集而成。MnO2电极首次放电的比容量243 F/g,经过569次循环,200 mA/g时容量维持率为72.5%,100 mA/g时容量维持率为59.3%。电化学测试结果表明制备的MnO2不仅具有良好的电化学循环性能,且适合大电流条件下放电。以嵌段共聚物P123为模板剂,采用共沉淀法在水溶液中制备纳米MnO2。重点考察了模板剂浓度对产物结构和电容性能的影响。P123浓度低于临界胶束浓度时,不能自组装成形,制得的MnO2结晶性不好；P123浓度过高,P123对锰离子形成包覆,氧化还原反应不充分,得到Mn304。8g/L时样品结晶性最好,为纳米棒组成球状的α-MnO2,放电比容量最大,达到103 F/g,循环500次后为48.1 F/g。为了改善MnO2材料的电化学性能,采用超声技术在酸性条件下引入苯胺并聚合得到MnO2/聚苯胺复合物。采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电等方法对电极电化学性能进行研究。苯胺的引入不仅改变了MnO2的结构和形貌,而且改善了MnO2电极材料的电化学性能。在电流密度100 mA/g下复合物电极比容量高达190.8 F/g,500次循环后比容量仅衰减4.7%,库仑效率保持在97%以上。