自模板法制备锰基多孔材料及其电化学储能性能研究

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众所周知,人类赖以生存的不可再生资源逐渐匮乏,加大对可再生资源的利用力度成为必然。与此同时,人们日常生活中对电子产品的需求日益增加,这使得储能技术成为未来能源系统发展的关键。在众多储能技术中,进步最快的当属电化学储能技术,以锂离子电池和超级电容器为主导的电化学储能器件极具产业化应用前景。电极材料是电化学储能技术的核心,直接决定了储能器件的性能。因此,研究者们花费大量的时间来更新材料的组成和结构,希望制备出最佳性能的电极材料来提高储能器件的综合性能。多孔材料因其自身密度低,大的表面积,稳定性和表面渗透性等优点成为电极材料的研究热点。本篇论文以立方体普鲁士蓝类化合物作为前驱体,采用自模板法制备出不同组成和结构的锰基多孔材料,并对其进行超电性能研究。具体研究结果如下:1.采用自模板法,以立方体Mn3[Fe(CN)6]2作为前驱体,水热制备出三维网状Mn7O13·5H2O材料。研究结果显示,在我们的实验条件下,产物能很好的保持前驱体的立方体结构,前驱体中的六氰合铁酸根配离子被取代,因而产物形成了立方体三维网状结构。该材料在5 mV s-1的扫速下获得比电容为248 F g1,对其充放电循环1000次电容保持率为73%。在三维网状Mn7O13·5H2O的基础上500℃煅烧得空心网状Mn3O4,在5 mV s-1的扫速下,其比电容为354 F g1,充放电8000次后,其电容保持率仍达77%。对于本文所研究的锰氧化物Mn7O13·5H2O材料在储能方面鲜有研究,而空心网状Mn304材料表现出的超电性能,高于其他文献中报道过的Mn304;2. 以立方体Mn3[Fe(CN)6]2作为前驱体,选用醇水混合溶剂,改变锡酸钠用量,反应时间和温度,采用自模板法,水热得到多孔MnSn(OH)6/SnO2复合材料。测试表征结果显示,复合物保持了前驱体的立方体结构。作为超级电容器电极材料分析显示在1 mV s以的扫速下材料的比电容为341 F g1,充放电循环1000次后其电容保持率为72%. MnSn(OH)6和Sn02材料都曾被作为电极材料研究过,但两者的复合物却很少被研究。因此,两种材料的协同作用或许会使该复合物表现出不同的储能特性;3. 采用自模板法,以立方体Mn3[Fe(CN)6]2作为前驱体,选用醇水混合溶剂,加入磷酸氢二钠,调控反应时间和温度及磷酸氢二钠的用量,水热合成空心多孔Mn3(PO42·3H2O材料。作为超级电容器的电极材料分析,在1 mV s-1的扫描速率下材料的比电容为324 F g1,充放电循环5000次后其电容保持率达98%。相比于其他文献中报道的磷酸锰材料,该空心多孔Mn3(PO42·3H2O材料表现出了更好的超电性能,是一种具有很大应用空间的电极材料。
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