基于MnO的超级电容器电极材料的制备及性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shening
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超级电容器作为一种绿色环保能源,具有高能量密度、良好的可逆性和长循环寿命等优点。MnO2因具有成本低、资源丰富且对环境友好等特点成为一种备受关注的超级电容器电极材料。 本论文用熔盐合成法分别在KCl-LiCl体系、KCl-LiCl-NaCl体系和KCl-ZnCl2体系中制备出MnO2粉体。结果表明不同熔盐体系对合成的样品晶型结构有较大影响,在KCl-LiCl体系和KCl-LiCl-NaCl体系中合成的样品为α-MnO2和γ-MnO2的混合物,而在KCl-ZnCl2体系中合成的为β-MnO2。电化学测试表明在KCl-LiCl-NaCl体系中制备的样品具有最佳电容性能,其合成MnO2的最佳条件和对应的放电比容量分别为:2h、450℃、m(KMnO4+MnCl2):m(KCl-LiCl-NaCl)=1:3。在2mA·cm-2电流密度下放电比容量为227.65F·g-1;等效串联电阻(Rs)和电极反应电阻(Rr)分别为0.84Ω和0.94Ω;在5mA·cm-2电流密度下经过100次循环充放电后容量稳定在191.25F·g-1,充放电效率为100%。 采用水热法在不同反应条件下制备出了MnO2,结果表明所制备的样品为α-MnO2和γ-MnO2的混合物。制备MnO2的最佳反应条件为2h、125℃及加入2mL异丙醇。样品的RS和Rr分别为0.24Ω和1.96Ω,其在电流密度为2mA·cm-2下放电比容量达到303.55F·g-1,在5mA·cm-2电流密度下经过100次充放电后放电比容量为198.34F·g-1,衰减了29.75%,充放电20次后充放电效率稳定在100%。 对最佳水热条件下的样品掺杂碳纳米管(CNTs)、TiO2和La,并分别进行XRD和电化学测试。XRD测试表明掺杂未引起结构的改变,电化学测试结果表明适量的掺杂CNTs、TiO2和La均有助于提高样品的超级电容性能,CNTs、Tio2和La的最佳掺杂比例分别为5%、1%和1%。其中掺杂TiO2量为1%的样品电化学阳抗最小,Rs和Rr分别为0.17Ω和0.23Ω;掺杂5%碳纳米管的样品比容量增幅最大并且具有最好的循环性能,其在2mA·cm-2电流密度下比容量较未掺杂样品提高了25.50%达380.98F·g-1,在5mA·cm-2电流密度下充放电100次后比容量由349.12 F·g-1降低到310.25F·g-1,仅衰减11.13%。
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