二氧化锰的制备及超级电容性能研究

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超级电容器是一种介于电池和静电电容器之间的新型储能元件,与蓄电池相比具有较高的比功率,与静电电容器相比具有较大的比容量,而且运行温度范围宽、循环寿命长,能够满足电动汽车启动、加速等高功率输出的需要。同时也能应用于电路元件、小型用电器和直流开关电源,具有广阔的应用前景,近年来成为研究的热点。 本文研究了几种超级电容器MnO2电极材料的制备方法。采用循环伏安(CV)、恒流充放电、交流阻抗测试(EIS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM),对MnO2电极及超级电容器的性能进行测试,对MnO2电极材料的形貌进行表征。采用动电势沉积法制备了MnO2电极材料,考察了反应条件对沉积物性能的影响,当沉积液浓度为1mol/L、扫描速度为50mV/s、扫描次数为200次时,MnO2微粒由小的纳米棒组成,直径为100~200nm,长度为0.5-1.0μm。在2.0mol/L(NH42SO4电解液中、0.25-0.95V(vs.SCE)的电势区间内,该电极在10mA恒流充放电时的平均放电比容量为505.7F/g,进行千次循环后,电极的充放电效率在一定程度上有所提高,等效串联电阻仅为0.26Ω。采用液相氧化-还原法制备了MnO2电极材料,实验考察了反应温度、分散剂等对产物性能的影响,电化学测试结果表明,循环伏安曲线呈现出良好的方形特征,以5mA恒流充放电时的平均放电比容量为138.7F/g(由γ-MnO2和α-MnO2构成)和81.3F/g(α-MnO2)。采用溶胶-凝胶法制备了纳米MnO2材料,由α-MnO2和γ-MnO2构成,颗粒的平均粒径为30nm左右。该电极与碳电极、琼脂膜组装成超级电容器,电解液为1.0mol/L(NH42SO4和1.0mol/L MgSO4的等体积混合电解液。在0~1.4V电位范围内,以100mA的电流进行恒流充放电测试,结果显示电容器的放电比电容为58.8F/cm3,充放电效率为94.1%。
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