基于超级电容器用纳米二氧化锰电极材料的制备及性能研究

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1、#*昏——UI)C一密缎：#e：——工学硕士学位论文超级电容器用纳米二氧化锰电极材料的制备及性能研究硕士研究生指导教师学科、专业郄忠伟范壮军教授化学工艺哈尔滨工程大学2008年4月哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要二氧化锰(Mn02)具有较高理论比容量，丰富的储量、低廉的价格、对环境的友好。然而，Mn02作为电极材料本身存在内阻较大，对电极材料的整体性能有很大影响。因此，本文通过水热法和微波法制备出纳米氧化锰，通过掺杂或原位复合导电填料，制备出电化学优良的Mn02电极材料。采用X射线衍射CARD)pA及扫描电子显微镜(SEM)

2、对材料的形貌进行表征，并通过循环伏安(CV)、恒流充放电、交流阻抗测试(EIS)对Mn02电极进行电化学性能测试，来研究材料微观结构与电化学性能之间的关系。水热法和微波法制得的二氧化锰均为口．Mn02与，，．Mn02的混合相。与水热法相比，微波法合成氧化锰纳米棒的直径较小且分布均匀，结构完整性好，结晶度高，随着反应时间增加，生成的Mn02晶形结构越完整，并且微波法制备的氧化锰的容量略高于水热法制备的氧化锰。首次提出采用微波方法制备氧化锰／碳纳米管和氧化锰／纳米石墨片复合材料，该工艺简单、能耗低、产率高、省时快速等优点。Mn

3、02生长过程是首先生成片层状结构，随着反应进行，片层逐渐塌陷卷曲，形成M_n02纳米棒。由于碳纳米管的存在，抑制了Mn02片层状结构的塌陷，碳纳米管团聚体的直径大小直接决定着CNTs／Mn02微球的大小。然而，随着反应时间的增加，片状的氧化锰最后变成棒状。而GNPs由于片层结构，对制备Mn02的微观结构影响较小。对于微波法原位复合CNTs／Mn02随着CNTs含量的增加，Mn02的比电容逐渐增加，最大值为382．3F．g～。这主要归功于碳纳米管在Mn02体系中形成良好的导电网络，提高复合材料的导电性，有利于质子传输和提高M

4、n02活性材料的利用率。对于微波法原位复合GNPs瓜恤02，Mn02比容量最大为133．9F／g。关键词：二氧化锰；复合材料；水热法；微波法；电化学性能哈尔滨工程大学硕士学位论文ABSTRACTThemanganesedioxide(Mn02)hasbeenconsideredasoneofthepromisingelectrodematerialsforitshighertheoreticalspecificcapacitance，abundantreserve，lowcostandgoodenvironmentalbe

5、nefits．However,thelargeinnerresistanceoftheMn02hasremarkableeffectontheintegrationcapabilityofactivematerial．Inthispaper,Mn02anditscompositematerialshavebeensynthesizedbydopingorin-situwi廿lhydrothermalandmicrowavemethod．Themicrostructureandmorphologyofthe’samplesw

6、erecharacterizedbyXRDandSEM．Theelectrochemicalperformancesofthematerialswereinvestigatedbycyclicvoltammetry，impedanceandcurrentcharge／dischargemeasurements．Theeffectsmicrostructuresofelectrodematerialsontheelectrochemicalperformanceswerealsoinvestigated．TheMn02pre

7、paredbyhydrothermalandmicrowavemethodindicatedthatitWaSamixtureof口一Mn02and7-Mn02phaSes．TheMn02nanorodsshowedsmallerdiameterdistribution，beRercrystallinity，andintegratedcrystalstructurethanthatsynthesizedusinghydrothermalmethod．ThecrystallinityofMn02becamemoreandmo

8、reperfection、析ththeincreaseofreactiontime．Moreover,thecapacitanceofMn02preparedbymicrowavemethodwaslargerthanthatofMn02byhydrothermal．Inthisstudy，werepo