二氧化锰-聚吡咯碳超级电容器电极材料的制备和性能

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超级电容器具有较高的功率密度、能量密度和电容值,而且充电时间短,循环寿命长,是一种很有发展前景的储能装置。超级电容器的电极材料是决定超级电容器性能的关键。聚吡咯(PPy)作为一种导电聚合物材料,其制备简单,环境友好,掺杂可逆,导电率较高,作为超级电容器的电极材料受到了广泛的关注。锰氧化物电极材料也是近年的研究热点,它的价格低廉,来源丰富,比表面积高,电化学性能良好。本论文是将这两种材料结合起来制备一种性能优异的电极材料。本论文通过简单的化学合成方法,制备得到了PPyC的复合材料。并筛选出了最佳活性碳用量,最佳过硫酸钠Na2S2O8的用量,以及最佳吡咯单体的用量。制备出性能好的PPyC材料。并采用循环伏安法,恒电流充放电法,交流阻抗,充放电循环性能测试等方法评价其电化学性能。结果表明当活性炭与氧化剂Na2S2O8与吡咯单体的摩尔质量比为1:3.46:1.73时,所制备的PPyC材料的电化学性质最佳,其比电容可以达到125.8 F×g-1。采用微波辅助法,制备新型复合材料MnO2-PPyC。通过改变反应温度,载体用量,来制备不同的MnO2-PPyC,并探究了制备MnO2-PPyC电极的最佳条件为:微波反应条件下,在反应物为20 ml 0.3 M的MnCl2溶液、20 ml 0.2 M的KMnO4溶液,PPyC的质量为0.05 g;微波反应器控制温度45℃,时间20 min,也就是KMnO4与MnCl2与PPyC的质量比为12:24:1时,得到了最优性能的MnO2-PPyC-b复合材料,其放电比电容可以达到375 F×g-1,400次循环充放电后比电容剩余量为347 F×g-1。SEM和TEM测试结果表明,制备的MnO2-PPyC都是由很多薄膜组成的花状结构,其中MnO2-PPyC-b的花状结构更均匀,片状膜更薄。MnO2-PPyC-a、MnO2-PPyC-b和MnO2-PPyC-c三种材料的电化学阻抗谱比较可知MnO2-PPyC-b具有最小的电荷传递电阻,说明MnO2-PPyC-b材料比MnO2-PPyC-a和MnO2-PPyC-c更有利于电子的传输。结果表明MnO2-PPyC-b作为超级电容器的电极材料具有优异的可逆性和电容性。
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