论文部分内容阅读
随着人口的持续增长以及社会经济的不断发展，能源和环境问题已经成为制约人类社会发展的瓶颈，促使着人类寻找和研究新型高效节能、绿色无污染的可再生能源的寻找和研究。能源存储器件对新型能源的有效利用至关重要。超级电容器作为一种新型的能源存储装置，具有循环寿命长、功率密度高、倍率能力优越等众多优势，引起了国内外研究人员的广泛重视。目前限制超级电容器大规模商业化应用的主要因素是能量密度低。本论文从超级电容器电极材料的设计合成出发，选择具有较高理论比容量(1370 F/g)、环境友好、价格低廉的MnO2材料作为超级电容器电极材料，设计合成多壳层空心球结构MnO2，通过调变合成条件来调控和优化材料结构形貌，整体提高MnO2电极材料的电容器性能，目前主要取得了以下成果: (1)选择碳球作为模板，具有强氧化性的KMnO4为锰源，采用水热强化阴离子吸附结合程序升温煅烧去除模板的方法，合成了纯相的MnO2多壳层空心球。通过调节水热温度、水热时间以及煅烧条件，合成了单、双、三、四壳层MnO2空心球，并通过一系列表征手段考察了样品的形貌结构。 (2)深入研究了多壳层MnO2空心球的形成机理，发现水热强化吸附过程提供的外加压力和温度可以提高金属离子在碳球模板上的吸附量和吸附深度，并通过调控吸附和煅烧条件进一步优化多壳层MnO2空心球的形貌和结构，进而优化其超级电容器性能，提高材料比电容量、改善倍率性能和循环稳定性。利用其独特的多层结构解决了MnO2材料自身所存在的离子电子传导性差、实际比表面积小、在电解液中易发生部分溶解等问题。 (3)研究了多壳层MnO2空心球电极材料的超级电容器性能，获得了优异的比电容量、倍率性能和循环稳定性:四壳层MnO2空心球的比电容量可以达到1457 F/g（电流密度为0.5 A/g）;5A/g的大电流密度下，连续循环4000次后容量保持率依然可以高达91.2％。