超级电容器是一种新型能源储存设备,由于其快速充电/放电能力、功率密度大、循环寿命长和优秀的可逆性等优点获得了研究者的注意。影响超级电容器电化学性能的关键因素是电极材料,而赝电容电极中的过渡金属氧化物具有比电容高,易获得等优点引起研究者的广泛关注。MnO₂是过渡金属氧化物中最具潜力的,也是近年来的研究热点。本文以MnO₂为主要研究对象,通过液相沉淀法,水浴液相法,水热法,油浴回流法等方法合成了不同形貌的电极材料,制备出纳米花状MnO₂,纳米棒状MnO₂,MnO₂/NiCo₂O₄复合材料,Ce掺杂MnO₂等电极材料,并用SEM、XRD、XPS、循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等方法对制备的电极材料进行了微观结构表征和电化学性能分析,主要内容如下所示:1、以MnSO₄为还原剂和以KMnO₄为锰源,使用液相沉淀法、水浴液相法、水热法等方法合成了不同形貌的MnO₂。研究发现,水热法制备的MnO₂为α-MnO₂,在微观形貌上是纳米棒状,直径约30-40 nm,长度可到达1μm;而液相法制备的MnO₂为ε-MnO₂,微观形貌上为纳米片团聚成的纳米花,直径500 nm;水浴液相法制备出的MnO₂为ε-MnO₂,微观形貌上为表面纳米片团聚成的纳米花,直径200 nm。同时将三种MnO₂制备成电极片,使用三电极体系在1 mol/L的Na₂SO₄水溶液中进行不同电化学测试,包括循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等,测试结果显示α-MnO₂具有比较高的比电容和优异的结构稳定性,α-MnO₂的比电容在0.5 A/g时能达到256 F/g,而且拥有更好的电导率。在8 A/g电流密度下循环2000次,电容保持率为86%。2、首先采用了水热法合成出α-MnO₂纳米棒,然后经过化学反应再包覆NiCo₂O₄纳米片,形成具有核壳结构MnO₂/NiCo₂O₄复合材料。XRD和SEM的研究表明,NiCo₂O₄纳米片均匀地生长在MnO₂纳米棒的表面上形成更大比表面积的核壳复合结构。电化学性能测试证明,MnO₂/NiCo₂O₄具有比较高的比电容和优异的结构稳定性。MnO₂/NiCo₂O₄电极材料的比电容能达到434 F/g,在8 A/g的电流密度下循环2000次后,容量保持率为91.8%。3、通过简单的水热法合成MnO₂,并在其反应过程中掺杂Ce,制备出了改性MnO₂。铈掺杂氧化锰作为一种赝电容电极材料拥有优异的电化学性能,这与它的导电性好,比表面积大有直接的关系。通过研究发现,铈离子掺杂进入了MnO₂晶体中,并改变了MnO₂的形貌,使其从纳米棒转化成了纳米片。电化学性能测试证明,10%铈掺杂MnO₂电极比电容高达748 F/g。而且它的循环稳定性也很好,经过2000次循环后比电容保留量约为100%。实验结果证明铈能够明显提高MnO₂的比电容和电化学稳定性,同时能够促进MnO₂转化成纳米片。