作为一种新型的能量存储装置,超级电容器具有安全环保、高功率密度、长使用寿命等特点。锰氧化物作为过渡金属氧化物,具有比容量高、价态丰富、成本低廉、环保等优点,是一种极具发展潜力的电极材料。但现有的金属氧化物电极材料存在导电性差、氧化还原反应速率慢等缺点,使其实际应用受到限制。为了解决氧化还原反应速率缓慢的问题,研究人员对锰氧化物进行了纳米化结构设计。采用具有三维多孔网络骨架的锰氧化物气凝胶纳米材料,裸露出大量的电化学反应活性中心,可缩短离子的迁移路径,改善电化学反应动力学。另外,多孔结构使得材料与电解液的接触面积增大,活性物质的利用率提高,有利于快速存储能量。为了解决锰氧化物导电性能差的问题,常将其与炭材料进行复合。竹子具有天然孔隙结构,生长快、资源丰富,炭化后得到的竹炭具有良好的导电性。本文针对强极性的氧化锰气凝胶与非极性的炭材料之间界面相容性较差,氧化锰纳米颗粒很难紧密均匀地锚定在导电炭基底的问题,设计以聚苯胺层作为偶联桥以改善锰炭复合材料的界面亲和性,制备结构稳定的、高比容量的超级电容器三元复合电极材料。聚苯胺含有极性的氨基基团、非极性的苯环以及良好的导电性,有利于氧化锰纳米颗粒均匀地锚定在多孔炭基底上,改善锰/炭复合材料的界面相容性,以制备的高性能电极材料组装成非对称超级电容器,从而获得高能量密度的储能器件。以硝酸锰为锰源,采用氢氧化钾活化法制备的竹基活性炭(AC)为复合组分,通过溶胶-凝胶法制备得到竹基活性炭/锰氧化物气凝胶复合材料(AC/Mn3O4)。采用 SEM、TEM、XPS、XRD、GCD、CV、EIS等测试手段研究AC对复合材料下形貌结构以及电化学性能等的影响。实验结果表明,AC/Mn3O4在0.5 A g-1电流密度下具有325 Fg-1的高比电容,在20 A g-1电流密度下具有188 F g-1的比容量;在5 A g-1的电流密度下进行充放电循环10,000次后比电容降低15.1%。采用动态界面聚合法,以过硫酸铵作为引发剂,苯胺在引发剂作用下形成聚苯胺进入水相,将制备的AC加入到聚苯胺的合成过程中,在冰水浴中原位聚合形成竹基活性炭/聚苯胺复合材料(AC/polyaniline)。以不同含量的AC/polyaniline为复合组分,通过溶胶-凝胶法制备竹基活性炭/聚苯胺/锰氧化物气凝胶三元复合材料(AC/polyaniline/Mn3O4)。采用SEM、TEM、XPS、XRD、GCD、CV、EIS等测试手段研究聚苯胺层对复合材料的结构与性能的影响。结果表明,所制备的氧化锰气凝胶为Mn3O4晶型结构,锰元素呈+2、+3混合价。当AC/polyaniline含量为2%时,AC/polyaniline/Mn3O4的电化学性能最佳,在0.5 A g-1下具有352 F g-1的高比电容;在20Ag-1下,比容量仍高达248F g-1,倍率性能极佳;在5A g-1下进行10,000次充放电循环,仍有90%的容量保持率,循环稳定性良好。聚苯胺介导的方法为研究高性能电极材料提供了新的思路,有助于提高锰炭复合材料界面亲和性。以AC/polyaniline/Mn3O4和AC分别作为正负极,成功组装出AC/polyaniline/Mn3O4//AC非对称超级电容器,通过CV、EIS、GCD等对储能器件进行测试。研究表明,该水系非对称电容器的电压窗口为0-1.5 V,能量密度可以达到25.8 Wh kg-1,在较高的功率密度8660 W kg-1的条件下,能量密度仍然可以达到16.8 Wh kg-1。在5Ag-1充放电循环8000次后仍保持65%的容量。与文献报道的大多数锰氧化物非对称超级电容器相比,该器件具有较好的储能性能。低成本,高性能的AC/polyaniline/Mn3O4材料在电化学储能领域具有极好的应用前景。