TiO2NT/C/MnxOy复合材料的制备及电化学性能的研究

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超级电容器是一种具有绿色、高效率等优良特性的新型储能器件,在新能源技术、电动汽车等领域有着广阔的应用前景。本文利用阳极氧化法/气相扩渗法/电化学沉积复合技术制备了TiO2NT/C和TiO2NT/C/MnxOy电极材料,利用XRD、SEM、RAMAN和XPS等对电极材料的结构和形貌进行表征,利用交流阻抗、循环伏安和恒流充放电等测试研究材料在Na2SO4溶液中的的电化学性能。阳极氧化法制备的TiO2NTs(二氧化钛纳米管)电阻值为2×104Ω,导电性较差,电容值为9.17F/m2,电化学性能不是很好。利用气相扩渗法,以甲醇为渗剂TiO2NTs上负载碳制备TiO2NT/C复合材料,研究了渗剂量和扩渗温度对复合材料结构和电化学性能的影响。提高渗剂量,复合材料中锐钛矿TiO2含量增多;纳米管的晶相组成随扩渗温度升高从锐钛矿向金红石TiO2转变,温度过高纳米管结构坍塌脱落。随着渗剂量的增多或扩渗温度的提高,复合材料中碳的相对含量先增多后减少,电阻先减小后增大,电容值先增大后减小。气相扩渗实现了碳的负载,极大地减小了纳米管的电阻,提高了电化学性能,当渗剂量为300mL,温度为450°C时电容值最大为377.6F/g,电阻值9.731Ω。当渗剂量为300m L,温度为550°C时,复合材料进行1000次恒流充放电,电容没有进行衰减,材料的充放电稳定性很好。在KMnO4溶液中,利用电化学还原法制备TiO2NT/C/MnxOy复合材料,研究了循环次数和扫描速率对复合材料结构和电化学性能的影响。循环次数的增加与扫描速率的减小都会提高TiO2NT/C复合材料中锰元素的含量。XPS分析表明,Mn主要以MnO2和Mn3O4的形式存在。随着循环次数的增加,在TiO2NT/C上沉积的氧化锰的量越多,电化学性能也随之提高。扫描速率为100mV/s,循环次数为300次时复合材料的电容值为648F/g,相比于TiO2NT/C电容值提高了455.5F/g;扫描速率为20mV/s,循环次数为100次时复合材料的电容值为960F/g,相比于TiO2NT/C电容值提高了709.2F/g。当扫描速率为20mV/s,循环次数为100次时,复合材料进行1000次恒流充放电测试,电容没有进行衰减,材料的充放电稳定性很好。在MnSO4溶液中,使用电化学氧化法制备TiO2NT/C/MnxOy电极材料。循环次数为300次时电容值最大为106.2F/g,扫描速率为40mV/s时电容值最大为98.4F/g。当扫描速率为80mV/s,循环次数为100次时,复合材料进行1000次恒流充放电测试,电容衰减较少,材料的充放电稳定性较好。
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