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现代社会对清洁能源不断增长的需求推动了全球对高效能源存储设备的投入和研究。超级电容器因其具有快速的充放电速率、高功率密度和出色的循环性能,被广泛认为是一种适用于多种应用的能量存储设备。根据不同的电荷存储机制,超级电容器一般分为双电层电容器、赝电容器和混合电容器。过渡金属氧化物因为高的理论比电容,其作为赝电容器的电极材料一直是超级电容器领域的研究热点,例如Mn O2、Ni O、Co3O4、Ru O2和V2O5等。在这些材料中,Mn O2由于其较高的理论比电容(1370 F·g-1)、无毒和低成本而成为最有前景的赝电容器电极材料之一。然而,诸如电导率差、Mn O2和电解质的反应界面离子传输速度慢和结构不稳定性等因素阻碍了其在超级电容器方面的应用。本文针对上述问题设计了三种不同的实验方案,通过不同的研究方法来分析Mn O2及其相关材料的电化学反应机理。使用循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GCD)、电化学阻抗谱(EIS)等方法分析电极的电化学性能。本篇论文的主要研究内容如下:(1)用阳极恒电位法在泡沫镍上沉积纳米褶皱Mn O2薄膜,得到无粘合剂的Mn O2电极。无粘合剂参与加快了反应物质的反应速度,提高了Mn O2电极的实际电容量。Mn O2电极在0.1 A·g-1的电流密度下表现出327.4 F·g-1的比电容,在10 A·g-1的电流密度下经过7500次循环后,比电容仍然能保持在初始值的70.0%以上。(2)Ti3C2是一种二维层状过渡金属碳化物,具有高的电子传导率,与Mn O2的结合,可以使Mn O2/Ti3C2纳米复合材料有更好的电导率。在70℃下,分别制备Mn O2材料以及Mn O2/Ti3C2纳米复合材料。在Ti3C2表面得到直径约为1μm的绣球花状Mn O2。在电流密度为0.2 A·g-1的充放电条件下,Mn O2/Ti3C2复合电极的比电容为451.4 F·g-1(纯Mn O2电极为84.3 F·g-1)。MXene和Mn O2的复合结构大大增强了电极的电容值。即使在10 A·g-1的电流密度下也具有高比电容(189.7 F·g-1)。Mn O2/Ti3C2非对称超级电容器经过2000次循环后,比电容仅降低了7%,显示了出色的循环稳定性。此外,Mn O2/MXene与活性碳组装的非对称超级电容器在功率密度为100.0 W·kg-1时表现出15.8 Wh·kg-1的高能量密度。上述结果体现出Mn O2/Ti3C2电极在高性能超级电容器方面应用的潜力。(3)以乙酸锰和氯化铁为原料,乙酸钠为沉淀剂,泡沫镍作为基底,采用共沉淀法制备无粘合剂的铁酸锰(Mn Fe2O4)电极。通过扫描电子显微镜对材料的微观结构和形貌进行表征,Mn Fe2O4具有纳米片和纳米线的复合结构,形成的较高比表面积结构,增加了与电解质的接触反应面积。实验表明,制备的Mn Fe2O4电极具有优异的电化学性能和循环稳定性。Mn Fe2O4电极在1 A·g-1的电流密度下的比电容值为157.6 F·g-1。Mn Fe2O4电极在2000次循环充放电后,电容保持率为94.8%。该实验提供了一种无粘合剂、高比电容和良好循环性能的超级电容器电极。