水热法制备二氧化锰及其电化学性能的研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文水热法制备二氧化锰及其电化学性能的研究摘要超级电容器是一种新型的储能元件，具备高的功率密度和长的使用寿命，对其电极材料的研究是目前新能源领域研究的热门。过渡金属氧化物氧化锰是理想的超级电容器电极材料，其资源丰富、对环境无污染、理论比电容高。本论文以廉价的二氧化锰作为超级电容器的电极材料，采用XRD、SEM等方法对所制得的样品进行结构与形貌的表征，采用恒流充放电、循环伏安、电化学阻抗等测试方法对二氧化锰材料的电化学特性进行分析。主要研究内容如下：（1）水热反应温度对MnO2的结构形貌和电化学性能

2、均有影响。当反应温度为120℃、140℃和160℃时，得到了结晶性较差的二氧化锰，随着温度的升高，到180℃，得到结晶性较好的二氧化锰。对这四种样品进行电化学测试，通过恒流充放电曲线计算出，120℃、140℃、160℃和180℃条-1-1-1件下制备的锰的氧化物的比电容分别为323F·g、354F·g、331F·g、282-1-1F·g。在140℃时取得最大比电容354F·g。（2）水热反应时间对MnO2的结构形貌和电化学性能均有影响。反应温度为140℃，随着反应时间的增加，XRD衍射峰强度增加，样品的结晶性加强，得到的均

3、为二氧化锰。对它们进行电化学测试，通过恒流充放电曲线计算出，1h、2h、4h、6h、8h、12h和24h条件下制备的锰的氧化-1-1-1-1-1物的比电容分别为237F·g、375F·g、354F·g、321F·g、287F·g、261I太原理工大学硕士研究生学位论文-1-1F·g和238F·g。随着反应时间的增加，比电容呈现先增大后减小的趋势。-1在2h时得到最大比电容375F·g。（3）反应温度和反应时间对所制得的锰的氧化物的结构形貌和电化学性能均有一定的影响，通过实验得出，具有最好比电容特性的二氧化锰的制备条件为：反

4、应温度为140℃，反应时间为2h。（4）MnO2中掺杂层状石墨烯的比例对其电化学性能有很大的影响。本文中制备了MnO2中含层状石墨烯20%、40%、60%、80%的复合电极。随着层状石墨烯含量的增加，层状石墨烯/MnO2电极的比电容先增大后减-1小，在层状石墨烯含量为40%时，复合电极的比电容达到最大451F·g。得到的复合电极的比电容比比最佳条件下制备出的MnO2的纯相MnO2的比电容提高了17%。关键词：超级电容器，水热法，MnO2,层状石墨烯，电化学性能II太原理工大学硕士研究生学位论文StudyontheHydro

5、thermalSynthesisandElectrochemicalPropertiesofMnO2ABSTRACTSupercapacitorasanewtypeofenergystoragecomponentshasreceivedmuchattentionindevelopmentofcleanenergiesbecauseofitshighpowerdensity,longservicelifeandsomeothercharacteristics.EnvironmentallyFriendlytransition

6、metaloxidesaregenerallyassumedtobeacandidateofasupercapacitorelectrodematerials.Inthisthesis,manganesedioxide,whichbearshightheoryspecificcapacitance,washydrothermallysynthesizedtoinvestigatetheirelectrochemicalpropertiesbycyclicvoltammetry(CV),electrochemicalimpe

7、dancespectroscopy(EIS),andgalvanostaticcharge-discharge(CP).ThemorphologyandstructureoftheproductswerealsocharacterizedbyX-raydiffraction(XRD)spectrometryandscanningelectronmicroscopy(SEM).Themainexperimentalconclusionscanbedrawnasfollows:(1)Weconductedthesynthesi

8、sofmanganesedioxideunderaseriesofreactiontemperaturesat120℃,140℃,160℃,and180℃,respectively.Theexperimentalresultsrevealedthatat120℃,140℃and160℃,theresul