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现代科技社会的发展离不开能源,无论是工厂生产,还是日常生活,都需要大规模存储和使用能量。超级电容器,因为其性能良好,且具有广阔的市场和巨大的应用范围,逐渐成为储能设备体系中备受关注的一员。在超级电容器中,电极材料的种类及其微观结构在很大程度上决定了超级电容器的电化学性能。近年来,一维碱式氧化锰(MnOOH)表现出独特的性能,是如今新兴热门的超级电容器电极材料,在各种领域中都得到了广泛的应用。
锰氧化物作为廉价金属氧化物的代表,具有产量大、低成本、制备工艺简单、电位窗口宽、理论比电容高、低毒性和对环境友好等优点。一维碱式氧化锰表现出独特的性能,与MnO2相比,羟基氧化锰具有更好的电导率和倍率性能。由于羟基氧化锰自身导电率低,结构和形貌复杂,限制了电化学性能的发挥[98]。本文通过碱式氧化锰复合MnO2,制备核壳结构的碱式氧化锰基复合材料,旨在提高碱式氧化锰的电化学性能。首先制备碱式氧化锰,然后制备了一种具有核壳结构的碱式氧化锰基复合材料,对它们结构和表面形貌进行调控,并进行电化学性能研究。实验结果表明:
(1)本文利用简单水热法制备碱式氧化锰,通过对原料摩尔比、反应温度和反应时间对结构、表面形貌及电化学性能的影响研究,优化了MnOOH纳米线制备条件。当原材料摩尔比为1:1.5,反应温度为180℃,反应时间为24h时所得的MnOOH产物纯度最高,成功制备了一维羟基氧化锰纳米线,其具有规整形貌,具有较高的容量,电流密度为1.0A/g时,放电比容量达282.6F/g;在电流密度为10A/g,进行2000次循环后,MnOOH纳米线的比电容从158.4F/g增大到162.9F/g,电化学性能稳定。
(2)以MnOOH纳米线作为基底制备出具有核壳结构MnO2/MnOOH复合材料,超薄的MnO2纳米片均匀的负载在MnOOH纳米线表面。把MnO2/MnOOH复合材料制作成电极并进行了一系列的测试,发现其具有良好的电化学性能。在扫描速率为10mV/s时,MnO2/MnOOH复合材料的比电容比MnO2纳米片高出3倍,比MnOOH纳米线高2倍;在电流密度为10A/g,循环2000次后,MnO2/MnOOH复合材料的比电容从195.5F/g增大到241.7F/g,增长率达19.1%;在阻抗测试中可知,MnO2/MnOOH复合材料具有较高的电化学电导率和离子扩散转移效率。MnO2/MnOOH复合材料表现出优秀的电化学性能,可作为超级电容器的电极材料。
锰氧化物作为廉价金属氧化物的代表,具有产量大、低成本、制备工艺简单、电位窗口宽、理论比电容高、低毒性和对环境友好等优点。一维碱式氧化锰表现出独特的性能,与MnO2相比,羟基氧化锰具有更好的电导率和倍率性能。由于羟基氧化锰自身导电率低,结构和形貌复杂,限制了电化学性能的发挥[98]。本文通过碱式氧化锰复合MnO2,制备核壳结构的碱式氧化锰基复合材料,旨在提高碱式氧化锰的电化学性能。首先制备碱式氧化锰,然后制备了一种具有核壳结构的碱式氧化锰基复合材料,对它们结构和表面形貌进行调控,并进行电化学性能研究。实验结果表明:
(1)本文利用简单水热法制备碱式氧化锰,通过对原料摩尔比、反应温度和反应时间对结构、表面形貌及电化学性能的影响研究,优化了MnOOH纳米线制备条件。当原材料摩尔比为1:1.5,反应温度为180℃,反应时间为24h时所得的MnOOH产物纯度最高,成功制备了一维羟基氧化锰纳米线,其具有规整形貌,具有较高的容量,电流密度为1.0A/g时,放电比容量达282.6F/g;在电流密度为10A/g,进行2000次循环后,MnOOH纳米线的比电容从158.4F/g增大到162.9F/g,电化学性能稳定。
(2)以MnOOH纳米线作为基底制备出具有核壳结构MnO2/MnOOH复合材料,超薄的MnO2纳米片均匀的负载在MnOOH纳米线表面。把MnO2/MnOOH复合材料制作成电极并进行了一系列的测试,发现其具有良好的电化学性能。在扫描速率为10mV/s时,MnO2/MnOOH复合材料的比电容比MnO2纳米片高出3倍,比MnOOH纳米线高2倍;在电流密度为10A/g,循环2000次后,MnO2/MnOOH复合材料的比电容从195.5F/g增大到241.7F/g,增长率达19.1%;在阻抗测试中可知,MnO2/MnOOH复合材料具有较高的电化学电导率和离子扩散转移效率。MnO2/MnOOH复合材料表现出优秀的电化学性能,可作为超级电容器的电极材料。