二氧化锰纳米层的制备及电容性能研究

合集下载

《二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备与应用》

《二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备与应用》

《二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备与应用》篇一一、引言随着科技的不断进步,能源存储和转换技术已成为当今研究的热点。

超级电容器作为一种新型的储能器件,具有高功率密度、快速充放电、长寿命等优点,因此在电动汽车、可穿戴设备、可再生能源等领域具有广泛的应用前景。

二氧化锰基纳米材料因其独特的物理和化学性质,在超级电容器领域得到了广泛的应用。

本文将详细介绍二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备方法、性能特点及其应用领域。

二、二氧化锰基纳米材料的制备二氧化锰基纳米材料的制备方法主要包括化学法、物理法和生物法等。

其中,化学法是最常用的制备方法。

以化学沉淀法为例,通过调节反应物的浓度、温度、pH值等参数,可以控制二氧化锰基纳米材料的形貌、尺寸和结构。

此外,溶胶-凝胶法、水热法、模板法等也被广泛应用于二氧化锰基纳米材料的制备。

三、二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备主要包括电极材料的制备、电解液的选择以及器件的组装等步骤。

首先,将制备好的二氧化锰基纳米材料与导电剂、粘结剂等混合,制成电极浆料。

然后,将电极浆料涂布在导电基底上,经过干燥、压平等工艺制成电极。

接着,选择合适的电解液,将电极与隔膜、电解液等组装成超级电容器器件。

四、二氧化锰基纳米材料超级电容器的性能特点二氧化锰基纳米材料超级电容器具有以下性能特点:1. 高比电容:二氧化锰基纳米材料具有较高的比表面积和良好的导电性,能够提供较多的活性物质和离子传输通道,从而提高器件的比电容。

2. 良好的循环稳定性:二氧化锰基纳米材料在充放电过程中具有较好的结构稳定性,能够保持较高的容量保持率。

3. 快速充放电:二氧化锰基纳米材料具有较高的离子扩散速率和电子传输速率,能够实现快速充放电。

4. 环境友好:二氧化锰基纳米材料无毒、环保,符合绿色能源发展的要求。

五、二氧化锰基纳米材料超级电容器的应用二氧化锰基纳米材料超级电容器在电动汽车、可穿戴设备、可再生能源等领域具有广泛的应用前景。

超级电容器电极材料二氧化锰的合成和性能研究

超级电容器电极材料二氧化锰的合成和性能研究
Ab s t r a c t : Na n o s c le a a- Mn O 2 wa s s y n t h e s i z e d wi t h p o t a s s i u m p e r ma n g a n a t e a n d ma n g a n e s e s u l f a t e mi x t u r e i n a n a u t o c l a v e
a t d i f e r e n t h y d r o t h e r ma l t i me s . T h e s t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f t h e s a mp l e s w e r e c h a r a c t e r i z e d b y XRD, S EM , a n d B ET a n a l y s i s me t h o d s . R e s u l t s s h o we d t h a t wh e n t h e h y d r o t h e r ma l t i me wa s 9 h, S E M t e s t s h o we d t h a t t h e s y n t h e s i z e d p o wd e  ̄w a s n a n o p o wd e r w i t h t h e p a r t i c l e s i z e a t 5 0 ̄ 6 0 n m; XRD a n a l y s i s s h o we d t h a t t h e p o wd e r w a s a- Mn O2 ; a n d t h e s p e c i i f c s u r f a c e a r e a o f B E T t e s t r e a c h e d 5 3 . 6 6 m2 / g . I n t h e t h r e e e l e c t r o d e s y s t e ms o f ma n g a n e s e d i o x i d e a s t h e w o r k i n g e l e c t r o d e, a s a t u r a t e d

用于超级电容器的二氧化锰电极材料的制备及电化学特性研究

用于超级电容器的二氧化锰电极材料的制备及电化学特性研究

用于超级电容器的二氧化锰电极材料的制备及电化学特性研究一、引言超级电容器是一种新型的储能装置,具有高能量密度、高功率密度、长寿命和快速充放电等优点。

二氧化锰作为一种重要的超级电容器电极材料,因其廉价、丰富和良好的电化学性能而备受关注。

本文旨在探讨二氧化锰电极材料的制备方法及其电化学性能,并对其进行研究。

二、二氧化锰电极材料的制备1.化学沉积法化学沉积法是制备二氧化锰电极材料最常用的方法之一、其主要步骤包括:将锰离子和葡萄糖或其他还原剂混合溶解在溶液中,加入沉淀剂将沉淀沉淀下来,并通过过滤和洗涤来获得二氧化锰颗粒。

2.水热法水热法是制备二氧化锰电极材料的另一种方法。

其步骤主要包括:将锰盐和氢氧化物溶解在水中,然后将混合溶液转移到加热反应釜中,在一定的温度和压力下反应一段时间,通过过滤和洗涤来获得二氧化锰颗粒。

三、二氧化锰电极材料的电化学性能研究1.循环伏安曲线通过循环伏安曲线可以研究二氧化锰电极材料的电容性能。

在一定的电势范围内,通过改变电势的扫描方向和扫描速度,可以得到电势和电流的关系曲线。

通过计算曲线下面积,可以得到电极的电容性能。

2.电化学阻抗谱通过电化学阻抗谱可以研究二氧化锰电极材料的电导率和电荷传递性能。

通过施加交流电压,并测量电极上的交流电流和电压,可以得到电极材料的阻抗谱。

通过分析谱图的特征信息,可以了解电荷传递的过程和电解质在电极表面的吸附情况。

3.循环寿命测试通过进行循环寿命测试,可以研究二氧化锰电极材料的稳定性和长寿命性能。

通过重复充放电循环,观察电极材料的容量衰减情况,可以评估电极材料在实际使用过程中的稳定性。

四、结论通过制备和电化学性能研究,可以得出二氧化锰电极材料具有高电容性能、良好的电导率和电荷传递性能,以及较好的稳定性和长寿命性能的结论。

这些研究成果对超级电容器的开发和应用具有重要意义。

《二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备与应用》

《二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备与应用》

《二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备与应用》篇一摘要:随着人们对新能源及存储技术研究的不断深入,超级电容器以其独特的储能性能受到广泛关注。

而基于二氧化锰基纳米材料的超级电容器,凭借其高比电容、优异的循环稳定性等特点,正成为超级电容器研究的热点之一。

本文通过实验探讨二氧化锰基纳米材料的制备工艺及其在超级电容器中的应用。

一、引言在面对日益严峻的能源与环境问题,开发高效、环保的能源存储与转换技术已成为科技发展的重要方向。

超级电容器作为一种新型储能器件,具有高功率密度、快速充放电等优势,其核心材料是决定其性能的关键因素。

近年来,二氧化锰基纳米材料因其高比电容、低内阻、环境友好等特性,在超级电容器领域得到了广泛应用。

二、二氧化锰基纳米材料的制备1. 材料选择与前处理选用合适的二氧化锰前驱体材料,如锰酸盐等,并进行清洗与干燥处理,确保其纯度与颗粒形态的均匀性。

2. 纳米材料的制备工艺采用溶胶凝胶法、水热法或化学气相沉积法等不同方法,合成二氧化锰基纳米材料。

具体实验过程需根据不同的方法设定不同的反应温度、压力、浓度等参数。

3. 制备条件优化通过控制合成过程中的pH值、温度和原料比例等因素,可以有效地调节所制得二氧化锰基纳米材料的粒径大小和结构特性,提高其电化学性能。

三、二氧化锰基纳米材料在超级电容器中的应用1. 电极制备将制得的二氧化锰基纳米材料与导电剂、粘结剂等混合均匀后涂覆于导电基底上,制成电极片。

此步骤需注意混合比例的优化和涂布工艺的精确控制。

2. 超级电容器的组装将制备好的电极片与隔膜、电解液等组装成超级电容器。

其中,电解液的选择对超级电容器的性能具有重要影响。

3. 电化学性能测试通过循环伏安法、恒流充放电测试等方法对所制得的超级电容器进行电化学性能测试,评估其比电容、循环稳定性等指标。

四、实验结果与分析1. 制备结果通过SEM、TEM等手段对制得的二氧化锰基纳米材料进行表征,分析其粒径大小、形态结构及分散性等特点。

δ-纳米二氧化锰的制备方法及研究应用

δ-纳米二氧化锰的制备方法及研究应用

为 2mol/L。 制备 8-MnO 的水热 法是指 在密 封压力 容器
中,以水为溶剂、锰 的前 驱体经溶解 和再 结 晶的方 法 。通 常 以 KMnO 作 为 氧化 剂 与其 他 化 合 物 以一 定 比例融 入水 中 ,磁力 搅拌 后倒 入高 压反应 釜 中 ,在 高温高压反应条件下制得  ̄-MnOz。最常用的化合 物是硫酸锰 ,但也可用其他化合物代替 。王丽等[10] 将 0.28g高 锰酸 钾 和 0.045g尿 素溶 人 50mL蒸 馏 水 中 ,采 用 水 热 法 制 备 出 了 花 状 的  ̄-MnOz。马 子 川 等[n]用 1.82g高 锰 酸钾 和 一 定 量 的 甲苯 添 加 到 70mL去离子水 中,采用水热法制备 出了  ̄-MnOz。
22 ห้องสมุดไป่ตู้
四川 化 工
第 21卷 2018年 第 1期
3.2 吸 附性 与氧 化性
面具 有非 常 大 的潜 力 。
由于 自身 独特 的晶体结 构 ,结 晶性差 、表 面吸 附 位多 ,并且 具 有 大量 的表 面 羟 基 等 ,3-MnO 对 诸 多 污染物 表 现 出优 良的 吸附性 和氧化 性 [2。。。
诸 多 制备 方 法 中 ,氧 化 还原 法是 最 为 常 用 的方 法 ,即通 过各 种方 法 改变 表 面 区域 、结 构 缺 陷 、粒 子 大小 和 类 型 来 控 制  ̄-MnO。形 貌 [6]。其 中 ,广 大 学 者 采 用 最 为 广 泛 的是 以 MnSO 与 KMnO4为 原 材 料 混 合 反 应 来 制 取  ̄-MnOz。也 有 学 者 用 Mn (NO3)2和 KMnO4为 原 材 料 制备  ̄-MnO2u-83。另 外 ,马艳平等[9]提出了一种在低 温、常压条件下 ,以 KMn0 和 HC1为 原 料 ,在 液 相 环 境 中 制 备 纳 米 MnO 的新工 艺 ,并 指 出制 备纳 米  ̄-MnO 的最佳 方 案 是 KMnO 与 HC1摩尔 配 比为 1:8时 ,HC1浓度

《二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备与应用》范文

《二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备与应用》范文

《二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备与应用》篇一一、引言随着科技的飞速发展,能源存储技术成为了当今研究的热点。

超级电容器作为一种新型的储能器件,因其高功率密度、快速充放电能力以及长寿命等优点,受到了广泛关注。

其中,二氧化锰基纳米材料因其独特的物理化学性质,在超级电容器领域展现出巨大的应用潜力。

本文将重点探讨二氧化锰基纳米材料的制备方法、性能及其在超级电容器中的应用。

二、二氧化锰基纳米材料的制备二氧化锰基纳米材料的制备方法多种多样,主要包括化学沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等。

其中,水热法因其操作简便、成本低廉、产物纯度高等优点,成为了制备二氧化锰基纳米材料的一种常用方法。

水热法制备二氧化锰基纳米材料的过程大致如下:首先,将所需的原料按照一定比例混合,加入适量的溶剂,在高温高压的条件下进行反应。

反应完成后,通过离心、洗涤、干燥等步骤得到二氧化锰基纳米材料的前驱体。

最后,对前驱体进行热处理,得到所需的二氧化锰基纳米材料。

三、二氧化锰基纳米材料的性能二氧化锰基纳米材料具有高比表面积、良好的导电性以及优异的电化学性能。

其作为超级电容器的电极材料,具有较高的比电容、良好的循环稳定性和快速充放电能力。

此外,二氧化锰基纳米材料还具有原料丰富、成本低廉等优点,使其在超级电容器领域具有广泛的应用前景。

四、二氧化锰基纳米材料在超级电容器中的应用二氧化锰基纳米材料在超级电容器中的应用主要表现在其作为电极材料的优异性能。

通过将二氧化锰基纳米材料与导电剂、粘结剂等混合,制备成电极浆料,涂布在集流体上,即可得到超级电容器的电极。

在超级电容器中,二氧化锰基纳米材料主要通过双电层电容和赝电容效应来存储能量。

其高比表面积和良好的导电性使得电极在充放电过程中能够快速地存储和释放能量。

此外,通过优化电极的制备工艺和调整电解液的组成,可以进一步提高二氧化锰基纳米材料在超级电容器中的性能。

五、结论综上所述,二氧化锰基纳米材料因其独特的物理化学性质和优异的电化学性能,在超级电容器领域展现出巨大的应用潜力。

超级电容器用纳米二氧化锰的合成及其电化学性能_马军

超级电容器用纳米二氧化锰的合成及其电化学性能_马军

收稿日期:2007202229,修订日期:2007205214 3通讯作者,Tel :(862592)2185905,E 2mail:qfdong@x mu .edu .cn973项目(2002CB211800),福建省化学电源科技创新平台(2006H0090)资助第13卷 第3期2007年8月电化学E LECTROCHE M I STRYVol .13 No .3Aug .2007文章编号:100623471(2007)0320233205超级电容器用纳米二氧化锰的合成及其电化学性能马 军,郑明森,董全峰3(厦门大学化学化工学院化学系,福建厦门361005)摘要: 应用低温固相法和化学沉淀法制备4种用于电化学电容器的纳米级二氧化锰.由XRD 、SE M 和循环伏安等表征和测试其物化性能及电容特性.结果表明,该二氧化锰材料的颗粒尺寸约几十n m,在0.1A ・g -1电流密度下放电时产物的比电容最高,可达149F ・g -1,二氧化锰的大倍率放电性能与其结构特征直接相关,材料的晶体结构越完整其大倍率放电性能越好.关键词: 超级电容器;纳米二氧化锰;晶体结构中图分类号: O 646;T M911文献标识码: A 电化学超级电容器作为一种新型化学储能装置[122],具有比功率高、循环寿命长,安全以及环境友好等优点,在启动电源,脉冲电源等方面有诸多应用,与其它电池联用,具备满足未来电动汽车动力要求的潜力.关于超级电容器电极材料的研究,从碳材料到金属氧化物,再到聚合物材料,已有许多报道[327].二氧化锰以其廉价易得,环境友好等特点成为替代贵金属的备选材料之一,本文应用不同的合成方法合成4种纳米级二氧化锰,并考察不同方法所得产物作为超级电容器材料的电化学性能.1 实验部分1.1 纳米二氧化锰的制备低温固相法:按照摩尔比2∶3称取K Mn O 4和Mn (Ac )2,置于玛瑙研钵中研磨0.5h,接着将反应物置于60℃下加热10h 生成二氧化锰,经蒸馏水洗涤抽滤3次,最后在105℃左右干燥,产物记作A1.同法,用MnCl 2取代Mn (Ac )2制得产物A2.化学沉淀法:取500mL 0.1mol ・L -1的K MnO 4溶液于烧杯中,用氨水调节其pH 在9~11之间,然后在搅拌情况下缓慢滴加150mL 1mol ・L -1的MnS O 4使生成沉淀,将沉淀物离心洗涤,用无水乙醇置换其中水分,85℃真空干燥,得产物B1.依同法用Mn (Ac )2代替MnS O 4制得产物B2.1.2 纳米二氧化锰的性能测试按85∶10∶5的质量比将纳米二氧化锰、导电剂、粘结剂PTFE (质量比为60%的乳液)均匀分散在异丙醇中,制成为30mg/c m 2左右的薄膜,接着在12MPa 压力下将其与泡沫镍集流体复合,105℃下烘干30m in 后使用.电化学测试使用Solatr on 1280电化学测试仪,三电极体系,镍片为辅助电极,饱和甘汞电极为参比电极,电解质溶液为2mol・L -1(NH 4)2S O 4溶液.使用Leo1530型场发射电子显微镜观测材料形貌,Tristar3000测试比表面.结构分析使用P AN 2alytical X ‘Pert X 射线衍射仪,Cu Kα辐射,波长0.15418n m ,管电压40k V ,管电流30mA,扫描范围10°~90°.2 结果与讨论2.1 结构及表面形貌图1分别是以上4种(A1,A2,B1,B2)纳米级二氧化锰样品10万倍的扫描电镜照片.如图可见,4种二氧化锰样品的颗粒大小都在几十nm 以内,说明无论是采用低温固相法或化学沉淀法均可制得纳米尺度颗粒的二氧化锰材料.但其形貌特征各・234 ・电 化 学2007年不相同,A1和B2样品的颗粒形貌形态无规则,每一颗粒系由几n m到十几nm的小颗粒团聚形成,其中A1还存在部分长度为几十到上百n m的纤维状二氧化锰;而A2和B1的颗粒形貌则有规则得多,其中A2以纤维状为主,纤维长度约为数百n m,直径在十个n m左右,而B1则呈片状结构叠聚在一起.图2是4种纳米二氧化锰样品的XRD谱图.据谱图并参照相关文献[8211]可知,A1和B2为无定形结构,而A2具有α2Mn O2的晶体结构特征,B1则同时显示α2Mn O2和γ2MnO2的晶体结构特征.这一结果与图1SE M图较为吻合.表明不同的制备方法、不同的原材料,得到的二氧化锰具有不同的晶体结构及形貌特点.表1列出上述4种纳米二氧化锰材料由BET方法测量的比表面数据.可见,无定形结构的A1和B2具有较高的比表面,分别为123m2・g-1和95m2・g-1,而呈现一定晶体结构特征的A2和B1,其比表面相对较小,分别为90m2・g-1和64m2・g-1.表1 4种纳米Mn O2样品(A1、A2、B1、B2)的比表面数据Tab.1 s pecific area of f our nano M n O2(A1、A2、B1、B2) Sa mp le A1A2B1B2 Specific area/m2・g-11239064952.2 电化学性能图3给出样品A1在2mol・L-1(NH4)2S O4溶液中于电流密度为0.1A・g-1时的恒流充放电曲线,充放电电压范围为0.25~0.85V,其它3种样品的恒流充放电曲线与A1样品相同.从曲线上看,电极电位随时间延长呈线性变化,表明该纳米二氧化锰表现出明显的电容特征.可按下式计算的上述4种纳米二氧化锰材料于不同充放电电流密度下的比电容及其容量保持率.图1 4种纳米Mn O2样品(A1、A2、B1、B2)的SE M照片(×100K)Fig.1 SE M phot ograph of four nano Mn O2(A1、A2、B1and B2,×100K)第3期马 军等:超级电容器用纳米二氧化锰的合成及其电化学性能・235 ・图2 4种纳米M n O 2样品(A1、A2、B1、B2)的XRD 谱图Fig .2 XRD pattern of f our nano M n O 2(A1、A2、B1and B2) C =I Δtm ΔV(1)式中,C 是材料的比电容,I 为电流,Δt 为放电时间,ΔV 为放电电位区间,m 是活性材料的质量,结果如表2所列.由表可见,在0.1A ・g -1放电条件下,A1、A2、B1、B2的质量比电容依次为149F ・g -1、113F・g -1、78F ・g -1和124F ・g -1,差异较大,其中,具有较好晶体结构的B1,其质量比电容仅为无定形结构A1的52.3%.但如果考虑到这4这种样品实际之比表面积差异,则在此放电条件下,其对应的比面积比电容分别为1.21F ・m -2(A1)、1.25F ・m -2(A2)、1.22F ・m -2(B1)和1.31F ・m -2(B2),其间的差异大为缩小.由此可知,纳米二氧化锰材料的质量比电容与比表面积关系密切,而无定形二氧化锰材料具有高的比表面积从而表现出高的质量比电容.图3 纳米Mn O 2样品A1于0.1A ・g -1恒流充放电曲线电压范围0.25~0.85VFig .3 Charge /dicharge curve of the A1electr ode with con 2stant current density of 0.1A ・g -1potential range0.25~0.85V表2 4种纳米二氧化锰样品A1,A2,B1,B2在不同电流密度放电时的比电容(F /g )及容量保持率Tab .2 Specific capacitance and retenti on of four nano Mn O 2sa mp lesCurrentdensity/A ・g-10.10.512Sa mp leSpecific capacitance/F ・g-1Capacitance retenti on /%S pecific capacitance/F ・g-1Capacitance retenti on /%Specific capacitance/F ・g-1Capacitance retenti on /%Specific capacitance/F ・g-1Capacitance retenti on /%A114910013288.612181.29765.1A211310010492.010189.49785.8B1781007089.76684.66279.5B212410012197.610282.38568.5・236 ・电 化 学2007年 据表2,4种二氧化锰材料的容量保持率也存在较大差异.当电流密度由0.1A・g-1上升到2A・g-1后,晶体结构良好的A2和B1具有较高的大倍率放电容量保持率,分别为85.8%和79.5%,而无定形结构的A1和B2,其大倍率放电容量保持率则较低,分别为65.1%和68.5%.显然,纳米二氧化锰材料的大倍率放电性能与其晶体结构有关,晶体结构越完整,大倍率放电性能越好.3 结 论1)以低温固相法和化学沉淀法制备的二氧化锰材料颗粒,其大小均在纳米尺度范围内,材料的质量比表面在64~123m2・g-1之间.在2mol・L-1(NH4)2S O4溶液中,以0.1A・g-1电流密度放电时其比电容最高可达到149F・g-1.2)纳米二氧化锰材料的质量比电容主要与其比表面大小相关,而与材料的结构特征关系不大,无定形结构的二氧化锰材料具有较高的比表面积从而表现出较高的质量比电容.3)纳米二氧化锰材料的大倍率放电性能则与其结构特征直接相关,材料的晶体结构越完整,其大倍率放电性能越好.参考文献(References):[1] Con way B E.Electr oche m ical supercapacit ors,scientificfunda mentals,and technol ogical app licati ons[M].Ne wYork:Klu wer Academ ic/Plenu m Press,1999.[2] Con way B E.Transiti on fr om“supercapacit or”t o“bat2tery”behavi or in electr ochem ical energy st orage[J].JElectr oche m Soc,1991,138(6):153921548.[3] Chan Ki m.Electr oche m ical characterizati on of electr o2s pun activated carbon nanofibres as an electr ode in su2percapacit ors[J].Journal of Power Sources,2005,142:3822388.[4] Junhua J iang,Anthony Kucernak.Electr oche m ical su2percapacit or material based on manganese oxide:p repa2rati on and characterizati on[J].Electr ochi m ica Acta,2002,47:238122386.[5] A rbizzani C,Mastragostino M,S oavi F.Ne wtrends inelectr oche m ical supercapacit ors[J].Journal of PowerSources,2001,100:1642170.[6] S U Yue2feng(苏岳锋),WU Feng(吴锋).The matc2hing study of electr odes in C/N i(OH)2hybrid capaci2t or[J].Electr oche m istry(in Chinese),2004,10(2):1902196.[7] Z HANGJ ian2jun(张建军),J I A NG Hua(姜华),F ANG J ian2hui(方建慧),et al.App licati ons of ne wactivated carbon meterials in the electric double layercapacit or[J].Electr oche m istry(in Chinese),2004,10(4):4642467.[8] Xi Guangcheng,Peng Yiya,Zhu Yongchun,et al.Preparati on ofβ2Mn O2nanor ods thr oughα.γ2Mn OOHp recurs or r oute[J].Materials Research Bulletin,2004,39:164121648.[9] Xia Xi(夏熙).Crystal structure,p reparati on and dis2charge perfor mance for manganese di oxides and ralatedmanganese oxide(Ⅱ)[J].Battery B i m onthly(in Chi2nese),2005,35:27230.[10] Jorg2R H ill,Clive M Free man,Margaretha H,et al.Understandingγ2M n O2by molecular modeling[J].Journal of S olid State Che m istry,2004,177:1652175.[11] Laurie I H ill,A lain Verbaere,Dom inique Guyomard.Mn O2(α、γ、β2)compounds p repared by hydr other2mal2electr oche m ical synthesis:characterizati on,mor2phol ogy,and lithiu m inserti on behavi or[J].Journalof Power Sources,2003,(1192121):2262231. ・第3期马 军等:超级电容器用纳米二氧化锰的合成及其电化学性能・237The Syntheses and Electroche m i cal Perfor mance of Nano2MnO2for Supercapac itorMA Jun,ZHENG M ing2sen,DONG Quan2feng3(D epart m ent of Che m istry,College of Che m istry and Che m ica l Eng ineering,X iam en U niversity,X iam en361005,Fujian,China)Abstract:Nano2manganese di oxide were p repared by t w o different methods which are l ow te mperature s olid re2 acti on and che m ical depositi on.The p r oducts were characterized by XRD,SE M,BET and constant current charge2discharge tests.The result shows that there is a cl ose relati onshi p bet w een s pecific capacitance and BET surface areas.Mean while the s pecific capacitance was i m pacted little by the structure of the nano2manganese di2 oxides.Ho wever,the p r oduct perf or mance of high rates,was influenced by structure,the higher rate can be ob2 tained with the more perfect crystal structure.Key words:supercapacit or;nano2manganese di oxide;crystal structure。

纳米二氧化锰的制备及其应用研究进展

纳米二氧化锰的制备及其应用研究进展

第35卷 第12期 无 机 材 料 学 报Vol. 35No. 122020年12月Journal of Inorganic Materials Dec., 2020收稿日期: 2020-03-02; 收到修改稿日期: 2020-05-07基金项目: 国家自然科学基金(61775131, 61376009); 上海高校特聘教授(东方学者)岗位计划(2013-70)National Natural Science Foundation of China (61775131, 61376009); The Program for Professor of Special Ap-pointment (Eastern Scholar) at Shanghai Institutions of Higher Learning (2013-70)作者简介: 王金敏(1975–), 男, 教授.E-mail:*******************.cn文章编号: 1000-324X(2020)12-1307-08 DOI: 10.15541/jim20200105纳米二氧化锰的制备及其应用研究进展王金敏, 于红玉, 马董云(上海第二工业大学 工学部, 环境与材料工程学院, 上海 201209)摘 要: 二氧化锰作为一种重要的过渡金属氧化物, 因其储量丰富、晶型多样、性能优异而备受关注。

将二氧化锰纳米化后, 其颗粒尺寸变小、比表面积变大、材料性能优化、应用领域得以拓宽。

本文在引言部分从介绍二氧化锰的应用着手, 指出纳米化和晶型多变对二氧化锰的结构和性能有着重要的影响。

正文部分主要从纳米二氧化锰的制备方法和纳米二氧化锰的应用两个方面对近年来的研究进展进行了总结和评述。

(1)介绍了水热法、溶胶-凝胶法、化学沉淀法、固相合成法等纳米二氧化锰的制备方法, 对各种制备方法的优点与缺点以及所制备纳米二氧化锰的形貌与性能进行了总结。

自掺杂MnO2纳米片的制备及其超级电容性能研究

自掺杂MnO2纳米片的制备及其超级电容性能研究

pH 为5-6。

电沉积的电流密度为0.50mA cm -2,时间为10min ,沉积量为0.25mg ,制备出MnO 2。

再将MnO 2装入50mL 水热釜中,加入30mL 乙醇,分别在100℃和150℃下水热8小时,分别制备MnO 2 -100和MnO 2 -150。

材料表征设备有:扫描电子显微镜(SEM):日本日立HITACHI S-4700;X 射线衍射仪(XRD):日本理学D/max 2500/PC ;X 射线光电子能谱(XPS):英国Thermo ECSALAB 250。

采用电化学工作站(上海辰华CHI760D)测试超级电容性能,所制备的材料直接做电极,电解液为6 M KOH 溶液。

2 结果与讨论图1显示了MnO 2、MnO 2-100和MnO 2-150的XRD 图,图中所有样品在37.1°、42.4°、56.0°和66.7°处均显示出较弱的特征衍射峰,对应于Akhtenskite-MnO 2(JCPDSno.33-0820)的(100),(101),(102)和(110)平面的衍射。

较弱的衍射峰进一步证明了MnO 2样品具有较弱的结晶度,没有固定形态的二氧化锰占据了绝大多数。

图1 MnO 2、MnO 2-100和MnO 2-150的XRD图谱图2显示了MnO 2、MnO 2-100和MnO 2-150 的SEM 图,图2a中显示出所制备的MnO2表现出簇状形态,由纳米片组成,其厚度小于50nm ,长度为200-500nm 。

图2b 、2c 分别显示了不同倍数下MnO 2-100、MnO 2-150的形貌。

可以发现,在100℃进行溶剂热0 引言超级电容器由于具有充放电速率快、比电容高、成本低廉、循环寿命长、无毒环保等优点,成为热门的新型电化学储能装置之一[1]。

其中,电极材料对超级电容的性能起到关键作用。

在众多的电极材料中,二氧化锰(MnO 2)具有比电容高、化学/电化学稳定性好、原料易得等优点,因此二氧化锰电极材料被广泛研究和应用于超级电容中[2]。

纳米二氧化锰的制备及其电容性能研究

纳米二氧化锰的制备及其电容性能研究
1.1二氧化锰
二氧化锰是一种晶格结构比较复杂的氧化物,目前己知的多种二氧化锰中, 大多数是混合晶型,其氧化程度和水含量都是可变的。所以常用MnO。来表示其 分子式,其中x为含氧量,其数值总是小于2E11。通常,二氧化锰在其化学组成 上还含有低价锰离子和OH’,而且有的还含有K+、Na+、Ba2+、Rb+、Li十、N池+等 金属离子。晶格常有缺陷,包括隧道和空穴。 1.1.1二氧化锰的结构和分类
水热合成中,KMn04和MnS04在较低摩尔比下反应后主要得到隧道结构的 a-Mn02;较高摩尔比时产物主要为层状结构的6.Mn02,后者的其层状结构更有 利于矿或Na+的嵌入和脱嵌,因此其电容性能较好。KMn04和MnS04在起始摩尔 比为1:1时,120℃水热反应6h后,制得直径约20~30nm,长lgm左右的均匀 et-Mn02纳米棒。KMn04和MnS04的摩尔比为3:’l,120℃水热反应2h时,所得 样品为纳米尺度的花状薄片,它属于层状结构的6.Mn02。样品结晶性较差,平 均粒径约为8.3nm,在O.5 mol·L~Na2S04溶液中,.0.2~1.0V(vs.SCE)电位范围内, 以70mA·gJ恒流充放电测得其比容量为259.19 F.91。
XRD,TEM,BET,cyclic voltammetry(CV)and chronopotentiomtry were used to study the physical and chemical properties and electrochemical performances of the
adjusted tO 6.followed by annealing the dry—gel at 300℃.And the as-prepared MnOx was acidified by H2S04,finally Mn02 nano—fibers with slightly aggregate were

湿法制备纳米二氧化锰及其电化学性能的研究_常照荣

湿法制备纳米二氧化锰及其电化学性能的研究_常照荣

第34卷 第1期河南师范大学学报(自然科学版)V ol.34 N o.1 2006年2月J ournal o f H enan N or mal U nivers ity(N atural S cience)Feb.2006 文章编号:1000-2367(2006)01-0077-05湿法制备纳米二氧化锰及其电化学性能的研究常照荣,刘院英,汤宏伟,李云平(河南师范大学化学环境与科学学院,河南新乡453007)摘 要:分别用氧化法、还原法和氧化还原法在溶液中反应制备了M nO2粉末.用X射线衍射(X RD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等测试方法对3种样品结构、形貌和电化学性能进行分析比较.研究表明:三样品均为无定型M nO2,形貌呈团聚的球形,其中用氧化法制备的M nO2具有良好的电容性能和放电容量.关键词:超级电容器;锂离子电池;M nO2电极;电极材料中图分类号:O646 文献标识码:A二氧化锰作为活性物质一般广泛用于锌锰以及高性能碱锰电池中,最近几年作为锂离子电池[1~3]和电容器[4~5]的电极活性材料的研究也取得了一定的进展.二氧化锰的晶体结构和存在状态,对其电化学性能起着决定性作用.不同的合成方法可以得到不同形式的产品,直接影响着二氧化锰的电化学性能.自然界中二氧化锰资源并不缺乏,但是天然二氧化锰的纯度不高,并且天然二氧化锰的提纯工艺相当繁琐,不能直接作为电极活性材料.电解二氧化锰虽然电化学性能优异,但是成本高,耗电多,投资大,并且颗粒较大.因此选择适宜的合成方法制备综合性能较好,尤其是能够作为锂离子电池和电容器电极材料的二氧化锰仍具有较大的意义.根据制备化学二氧化锰的环境不同,可以分为湿法制备和固相法制备两种.本文用湿法制备了3种化学二氧化锰,初步研究了它们的电容行为和在锂离子电池中的放电性能,并对其性能进行了比较.1 实验部分1.1 材料的制备1.1.1 氧化法制备纳米M nO2在室温以一定速度搅拌下,将一定量的1mol/L的M nCl2(A.R)溶液加入给定体积的NaOH和NaOCl 混和溶液中(摩尔比:NaOH∶M nCl2=2.5;NaOCl∶MnCl2=1.15),搅拌2h,静止24h,用去离子水反复冲洗,直到洗液为无色,然后抽滤,在100℃下干燥、于玛瑙研钵中研磨得到A样品.1.1.2 还原法制备纳米M nO2在75℃以一定搅拌速度下,将适量1mol/L盐酸以一定流速加入到一定体积的0.12mol/L的KM nO4 (A.R)溶液中,搅拌2h,静止24h,用去离子水反复冲洗,直到洗液为无色,然后抽滤,在100℃下烘干、研磨得B样品.1.1.3 氧化还原法制备纳米M nO2在75℃以一定速度搅拌下,将适量的0.12m ol/L的KM nO4(A.R)以一定的速度加入到1mol/L的MnCl2(A.R)溶液中(摩尔比:M n7+∶M n2+=2∶3),搅拌2h,充分反应后,用去离子水反复冲洗,直到洗收稿日期:2005-04-26 基金项目:国家自然科学基金资助项目(90206043) 作者简介:常照荣(1956-),男,河南新乡人,河南师范大学教授,主要从事电池正极材料和应用电化学领域的研究.78河南师范大学学报(自然科学版) 2006年液呈中性(用pH试纸测定),然后抽滤,在100℃下烘干、研磨得C样品.1.2 试样的物性测试用德国Bruker ax s D8型X-射线衍射仪对试样进行测试,采用Cukα辐射,波长1.4506×10-8cm,单晶硅为内标.工作电压为40kV,工作电流为40m A,扫描速度0.02o/s,扫描角度范围10o~70o.用美国的AMA RY-1000B扫描电子显微镜对试样进行形貌观察.1.3 电极的制备和电性能测试将制得的M nO2粉体与乙炔黑、聚四氟乙烯按60∶30∶10的质量比混合,在20Mpa的压力下将电极材料压在泡沫镍上面.A,B,C三试样制作的工作电极分别标为a,b,c电极,其面积为2cm×2cm,辅助电极采用2cm×2cm的镍网,参比电极为Hg/H gO电极.循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电测试在上海辰华仪器公司CH I660A电化学工作站上进行.插锂实验用的电极制备是将上述混合物在20Mpa的压力下压在镍网上,电极的直径为1cm,锂片作为辅助电极,直径也为1cm,电解液采用LiPF6+PC/DM E溶液.用A,B,C三种试样制作的电极分别标为a, b,c电极.测试在DC-5BAT TERY TESTING INST RUM ENT上进行.2 结果与讨论2.1 材料的物性试样制备的反应方程式分别是:氧化法:M nCl2+NaOCl+2NaOH=MnO2+3NaCl+H2O还原法:2KMnO4+8H Cl=2MnO2+4H2O+3Cl2+2KCl氧化还原法:2KM nO4+3M nC l2+2H2O=5MnO2+4H Cl+2KCl实验发现:3种方法所制备的二氧化锰的表观颜色不同,氧化法制备的M nO2是棕色的粉体,而还原法和氧化还原法制备的MnO2的是黑色粉体.这可能是由于3种制备M nO2的反应所处的化学环境不同所致.氧化法制备M nO2是在碱性环境中进行,而还原法和氧化还原法制备的MnO2是在酸性环境中进行(盐酸为反应物或产物).实验表明:在酸性环境中制备的MnO2呈黑色的粉体,在碱性环境中制备的M nO2为棕色的粉体.为了进一步的证明,将氧化还原法制备的MnO2浑浊液分为3份:一份浑浊液冷却静止、抽滤;另2份浑浊液分别滴加8m ol/L的氨水和1mo l/L的NaOH溶液,直到溶液呈碱性﹙用pH试纸测试﹚,然后冷却、静止、抽滤.结果所得产物前者为黑色,后2份为棕色的M nO2粉体.可见产物的颜色与反应所处的酸碱性有直接关系.3种方法制备的M nO2其晶体结构和形貌见图1和图2.由图1可见:采用3种方法制备的M nO2粉体均没有明显的特征衍射峰,属于无定形结构.但从图2的SEM照片上看,3种方法制备的M nO2形貌均为球形,并且其粒径为纳米级尺寸,这可能是无定形粉末在溶液中的团聚所至.从图上可以看出:A样呈规则、均匀、分散的球状物;B样为规则、不均匀、团聚的球状物;C样为不规则、均匀、分散的球状物.2.2 电化学性能的测试2.2.1 循环伏安测试分别将制作好的a,b,c三电极在1mol/L的KOH水溶液中做循环伏安测试,循环伏安测试的扫描速度是1mV/s.由图3可见:在(-0.1~0.6)V电压范围内,a,b,c三电极均表现出法拉第准电容的性质.电极的理想电容性质在循环伏安图上表现为矩形[4],电极的容量是循环伏安曲线所包围的面积,由于电极的循环伏安图并不是规整的矩形,所以不能直接用矩形计算面积的公式求电极容量,而只能做定性与比较的分析.相比较而言,a电极在1mol/L的KO H溶液中的图形更接近矩形,阴极过程和阳极过程对称,表明电极具有良好的电容性能.b电极的电流虽然较大,是因为在制作b电极时,泡沫镍上附着的活性物质比a,c电极稍多所致.2.2.2 交流阻抗测试用三电极系统对上面制得的A ,B ,C 三试样进行交流阻抗测试.测试结果表明a 电极的内阻明显小于b ,c 电极的内阻.a ,b ,c 三电极分别在1mol /L KOH 溶液中,正弦波幅值为5mV ,频率范围是10m Hz ~2kH z ,得到交流阻抗曲线.图4是a ,b ,c 三电极的交流阻抗曲线.从图中可以看到:a ,b ,c 三电极的阻抗特性曲线都存在圆弧部分,表现了法拉第准电容和法拉第阻抗的存在.2.2.3 恒电流充放电测试a ,b ,c 分别在1m ol /L KOH 水溶液中进行充放电测试,充放电的电流是10mA.实验结果表明,a 电极在1mol /L KOH 溶液中比容量明显优于b ,c 电极的比容量.图5是a ,b ,c 电极分别在1m ol /L 的KOH 溶液充放电曲线.图5显示,a ,b ,c 三电极的充放电曲线呈现出典型的三角形对称分布,均表现出理想的电化学电容特性.但是由于制作a ,b ,c 三电极所用的M nO 2内部结构以及外在的形貌的不同,他们的质量比容量是不相同的.电极材料的单电极质量比容量(C p )计算公式可用下式表示:C p =d Q d V =i d t /d V w =i (d V /d t )w 式中Q 表示电极上存储的电荷(c );V 表示电极电位(V );i 表示循环伏安的电流(A );d V /d t 表示扫速;w 是活性物质的质量(g ).由于制作电极时所用的电极材料的质量是相等,又在相同的电流下进行充放电测试,因此活性物质的比电容(C p )大小与扫速成反比.从图5可以直观的看到a 电极的比容量明显优于b ,c 电极的79第1期 常照荣等:湿法制备纳米二氧化锰及其电化学性能的研究比容量.a ,b ,c 三电极的充放电曲线都产生了一定的变形,这可能是有限的接触面积使活性物质的氧化还原反应滞后于电流的变化造成的.2.2.4 在锂电池中的插锂行为用两电极系统对制备的A ,B ,C 三种试样进行放电实验.结果表明,a 电极在1m LiPF 6+PC /DM E 中的放电比容量高于b ,c 电极的放电比容量.图6分别是a ,b ,c 三电极从开路电压到1.5V 的放电曲线.从图中看到,a 电极不仅有较高的放电比容量,而且还有较高的开路电压和放电平台,表明氧化法制得的无定形MnO 2更有利于锂离子的插入.据有关文献报道,M nO 2粉体结构中含有微量的钠离子[3],其具有较大的比容量.由于A 试样是用钠盐制备,而B 、C 试样是用钾盐制备,这也可能是氧化法具有较好插锂性能的原因之一.在C /10的放电倍率下,a ,b ,c 三电极的放电比容量分别为180.14,58.48,103.78mAh /g.3 结 论3.1 用湿法制备纳米MnO 2,得到是无定型产物,并且产物的颜色由反应液的酸碱性决定:酸性反应液得到黑色M nO 2粉体,碱性反应液得到棕色M nO 2粉体.3.2 用湿法制备三种纳米M nO 2,在KOH 电解液中,均具有法拉第准电容性能,其中氧化法制备的M nO 2电容性能最好.3.3 用氧化法制备的纳米M nO 2在锂离子电池中表现出良好的插锂行为.参 考 文 献[1] Bach S ,Pe reir a -Ramos J P ,Baffier N.A new M nO 2tunnel related phrase ad host lattice for Li intercalation [J ].Solid State Io nics ,1995,80(2):151-158.80河南师范大学学报(自然科学版) 2006年[2] Xu J J ,Y ang J.N ano structured amor phous mang anese o xide cryo gel ad a hig h -rate lithium intercalatio n host [J ].Elect ro -chemistry communicatio ns ,2003,5(3):230-235.[3] 常照荣,吴 锋,徐秋红,等.锂离子蓄电池正极材料制备方法的新进展[J ].河南师范大学学报(自然科学版),2005,33(1):63-68.[4] H ong M S ,L ee S H ,K im S W.U se of K Cl aqueo us electr oly e fo r 2V mang anese ox ide /activ ated carbon hy brid capacitor[J ].Elect rochemical and So lid -State L etter ,2002,5(10):A227-A 230.[5] 闪 星,张密林,董国君,等.纳米二氧化锰的制备及在超大容量的电容器中的应用[J ].电源技术,2002,26(2):92-94.Studies on Preparation and Electrochemical Performancefor Nano -Mn O 2with Wet Chemical MethodCH ANG Zhao -rong ,LIU Yuan -y ing ,TANG Ho ng -w ei ,LI Yun -ping(College of Chemis try and E nvironmental Science ,Henan No rm al University ,Xin xiang 453007,China )A bstract :T hree kinds of mang ane se dioxide we re prepared by ox idatio n ,r eduction a nd r edo x metho d in aqueo us solu -tion ,r espectively.X -ray diffraction (X RD ),scanning electr on micro sco py (SEM ),cyclic vo ltammetry (CV ),alter na ting cur -rent impedance and constant current cha rge -discha rge tests w ere used to char acte rize the structure ,mo rpho log y and elect ro -chemical perfo rmance of the samples.T he results show ed that the M nO 2po wder sy nthe sized w as amo rpho us ,agg lomera te na n -o meter spherical par ticles ,and M nO 2by prepara tion with o xidatio n method exhibited better capacito r pe rfor mance and hig her discharg e capacity.Key words :supe rcapacitor ;Lithium ba tteries ;M nO 2electro de ;electro de material (上接第76页)[15] Lee M C ,Snoeyink V L ,Crittenden J C.Activated ca rbo n adsor ption of humic substances [J ].A WW A ,1981,73(8):440-447.[16] 曾抗美,李乃稳,肖 芳,等.活性碳多维电极法去除水中腐殖酸过程与宏观动力学研究[J ].环境污染治理技术与设备,2003,4(3):31-34.[17] A ndersen D O.Na ture of na tural or ganic ma te r (N O M )in acidified and limed surface w aters [J ].Wat Res ,2000,34(1):266-272.Research on Relationship between Humic Acid Concentrationsand ClO 2Dosage in Water SamplesGE Yuan -xin ,ZH U Zhi -liang ,ZH AO Jian -fu(S tate Key Lab oratory of Pollution C on trol and Resource Reu se ,T ongji University ,S hang hai 200092,China )A bstract :Fo r the reactio n sy stem be tween humic acid and eno ug h ClO 2in water samples ,the changes of residua l ClO 2,T OC ,U V 254,U V 410and CO D Mn under different co nditio ns we re inv estiga ted.T he results show ed that the maximum dema nd o f ClO 2is 2.19mg /mg T O C ,the change tendency o f residual ClO 2was similar to that in the situatio n of Cl 2as disinfectio n rea -g ent ,TO C and COD M n of humic acid decreased 15%and 19%respectiv ely ,21%o f UV 254and 49%o f U V 410w ere remov ed un -der the ex perimental conditions.It wa s also demonstrated that ClO 2had a n effective affect to reduce T HM s fo rmatio n potential of humic acid and co lo r of w ater samples.Key words :humic acid ;ClO 2;r emoval ra tio ;drinking wa te r 81第1期 常照荣等:湿法制备纳米二氧化锰及其电化学性能的研究。

用于超级电容器的二氧化锰电极材料的制备及电化学特性研究

用于超级电容器的二氧化锰电极材料的制备及电化学特性研究
电容器的研究是从30年代开始的,按照时间分类的话,先后经历了电解电容器、瓷介电容器、有机薄膜电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和双电层电容器的发展[6]。按储能机理可分为两类[5. 7-8],基于电极/电解液界面电荷分离所产生的双电层电容;基于电极表面及体相中发生氧化还原反应而产生的吸附电容即法拉第准电容。按照电极材料不同可分为活性炭、金属氧化物、导电高分子聚合物三类超级电容器。按电解质的不同又可分为液体电解质和固体电解质两种,其中液体电解质包括水溶液电解质和有机电液电解质两种。
关键词:超级电容器,二氧化锰,电化学,比容量
Abstract
Asintermediate systems between conventional capacitors andbatteries,supercapacitorshave many advantages. While batterieshave higher energy densitythan supercapacitors, they deliver less power. Supercapacitors can store higher energydensity with lessdelivered power compared to conventional capacitors.Supercapacitors have achieved much attention in many fields, such asmobiletelecommunication,informationtechnology,consumerelectronics,aviation&aerospace, military force and so on.Supercapacitorsareattracting more andmore attentionthroughout the world.

基于超级电容器用的纳米二氧化锰的制备及性能研究

基于超级电容器用的纳米二氧化锰的制备及性能研究

基于超级电容器用的纳米二氧化锰的制备及性能研究超级电容器以其高功率密度、长使用寿命和快充放电速度等优点被广泛用于混合电动汽车和便携式电子设备,已成为近年来的研究热点。

二氧化锰因具有高的理论比电容(1370 Fg-1)、资源丰富、价格低廉、环境友好等优点引起了人们的广泛关注,并被认为是最具发展潜力的超级电容器用过渡金属氧化物。

本文主要采用水热合成法制备一系列纳米二氧化锰电极材料。

采用SEM、XRD、BET、循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等方法对所制备材料的结构和电化学性能进行了表征。

主要研究内容如下所示:1.以KMnO4为锰源,以MnSO4为还原剂,在不使用任何表面活性剂的前提下,采用水热合成法通过改变反应物浓度可控合成了多枝状和长度可控的纳米棒等不同形貌的α-MnO2。

研究了反应物浓度和反应时间对产物的晶体结构和形貌的影响。

采用循环伏安法和恒电流充放电测试对多枝状α-MnO2进行电化学性能测试,在1 M的Na2SO4溶液中,电流密度为2Ag-1时,多枝状α-MnO2的比电容为182 F g-1,该电极材料同时具有良好的倍率性能和循环稳定性。

2.通过高锰酸钾和硫酸锰在水热合成的条件下反应制备了沉积在石墨棒上的α-MnO2薄膜电极。

研究结果表明α-MnO2纳米棒均匀的沉积在石墨棒上。

这些纳米棒相互连接而形成的多孔纳米结构有利于电解液渗透到材料内部、可提供快速的电子传输通道和缩短电子和离子在二氧化锰中的扩散距离。

电化学性能测试表明,α-MnO2纳米棒薄膜电极材料具有良好的倍率性能和循环稳定性,在2Ag-1的电流密度下循环2000次后,容量的衰减仅为2%,在1 M 的Na2SO4溶液中,电流密度为1 Ag-1时,该电极材料的比电容为229 F g-1。

3.采用水热合成法制备了生长在碳纸上的多孔二氧化锰纳米线网状结构的薄膜电极(α-MnO2/CFP)作为集流体的高导电性的CFP网状结构可以为快速的氧化还原反应提供理想的电子传输通道。

二氧化锰作为超级电容器电极材料的研究

二氧化锰作为超级电容器电极材料的研究

二氧化锰作为超级电容器电极材料的研究二氧化锰(MnO2)因其资源丰富、价格低廉和较高的理论比电容(1370F/g)被认为是最具有发展前景的超级电容器材料之一,但二氧化锰在电化学反应过程中晶格结构不稳定,导致材料性能劣化,影响其电化学性能的持续发挥。

另外,其较差的导电性能也使其在实际应用中的比电容远远达不到理论容量。

本文旨在探讨通过纳米化和掺杂的方法,改善二氧化锰的稳定性和导电性,提高二氧化锰的电化学性能。

本文的主要工作内容如下:1、通过水热法合成了纳米棒状的二氧化锰,相比于共沉淀法合成的二氧化锰,此法获得的二氧化锰具有较高的比表面积,提供了更多的电化学反应位点,缩短了电解质离子的扩散和传输距离。

电化学测试结果表明,纳米棒状的二氧化锰的比电容为134.7Fg-1,明显大
于共沉淀的二氧化锰的比电容。

功率性能改善明显。

电荷转移电阻减小,促使二氧化锰的离子导电性增加。

2、通过水热法合成掺Bi二氧化锰,对其结构和形貌用XRD,XPS,SEM,HRTEM进行表征,并测试其电化学性能。

XRD和HRTEM结果显示:掺Bi二氧化锰为α-MnO2,Bi掺杂进α-MnO2晶格中。

其电化学性能较α-MnO2有明显改善。

在1A/g的电流密度下,掺Biα-MnO2的比电容较同条件合成的纯α
-MnO2(129 F/g)提高了1.05倍,达265 F/g;EIS结果则显示掺Bi降低了α-MnO2的电荷传递电阻,增加了其导电性;在循环2000圈后,掺Biα-MnO2容量为最初容量的95%,高于同条件合成的纯α-MnO2的容量保持率。

掺Bi有助于改善α-MnO2作为超级电容器电极材料的性能。

电化学电容器中二氧化锰电极材料研究进展

电化学电容器中二氧化锰电极材料研究进展

电化学电容器中二氧化锰电极材料研究进展近年来,针对二氧化锰电极材料的研究取得了显著的进展。

在材料的制备方面,研究者们通过多种方法制备了具有优异性能的二氧化锰电极材料。

传统的制备方法包括热分解、水热法和溶剂热法等。

其中热分解法是一种常用的制备二氧化锰纳米颗粒的方法,通过调控反应温度和时间可以得到不同晶型和形貌的二氧化锰。

而水热法和溶剂热法可以得到更均匀和纯净的二氧化锰纳米颗粒。

此外,一些新型制备方法如溶胶-凝胶法和氧化还原法等也被成功地应用于二氧化锰电极材料的合成。

在电化学性能的研究方面,二氧化锰电极材料的电容性能受到很多因素的影响,如晶型、形貌、比表面积和孔隙结构等。

因此,研究者们通过改变制备条件和表面修饰等手段来提高二氧化锰的电化学性能。

例如,改变反应温度和时间、添加掺杂剂和修饰剂以及采用纳米结构等方法,可以有效地提高二氧化锰电极材料的比电容和循环稳定性。

最近,一些新兴的研究方向也出现在二氧化锰电极材料的研究中。

例如,纳米复合材料在电化学电容器中的应用得到了广泛关注。

通过将二氧化锰与其他材料(如碳材料、金属氧化物和有机聚合物等)复合,可以获得具有优异电化学性能的复合电极材料。

此外,一些研究还专注于改进二氧化锰电极材料的循环寿命和能量密度。

例如,采用表面修饰、构建导电网络和调控电解质等方法,可以有效地提高二氧化锰电极材料的循环寿命和能量密度。

总的来说,随着研究者们对二氧化锰电极材料进行深入研究,二氧化锰电化学电容器的性能得到了显著的提高。

未来,我们可以期待更多创新的制备方法和性能调控策略的出现,以进一步提高二氧化锰电极材料在电化学电容器中的应用前景。

二氧化锰纳米材料的可控制备及其电化学性能研究的开题报告

二氧化锰纳米材料的可控制备及其电化学性能研究的开题报告

二氧化锰纳米材料的可控制备及其电化学性能研究的开题报告一、研究背景和意义二氧化锰是一种重要的过渡金属氧化物,在电化学领域具有广泛的应用,如电池、超级电容器和氧分析等。

近年来,随着纳米材料的发展,自组装纳米材料的制备技术成为研究的热点之一。

通过调节反应条件和添加剂种类,可以实现对纳米材料形貌、大小和结构的精确控制,从而改善其性能和应用。

因此,研究二氧化锰纳米材料的可控制备及其电化学性能对于提高其应用效率具有重要意义。

二、研究内容和方法本文计划通过以下研究内容和方法,实现二氧化锰纳米材料的可控制备及其电化学性能研究:1.制备二氧化锰纳米材料:采用水热法、溶剂热法或电化学合成法制备二氧化锰纳米材料,在控制制备条件的基础上,通过添加剂和调节pH 值等方法实现对纳米材料形貌、大小和结构的精确控制。

2.表征二氧化锰纳米材料:通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和比表面积测定等表征手段,确定纳米材料的物理化学性质和结构特征。

3.研究二氧化锰纳米材料的电化学性能:采用恒流充放电技术和循环伏安法等测试手段,研究纳米材料在电极材料中的电化学性能和能量储存机制,并比较不同形貌、大小和结构的纳米材料之间的性能差异。

三、预期成果和意义通过以上内容和方法,预期可以实现二氧化锰纳米材料的可控制备和表征,并探究其在电极材料中的电化学性能和能量储存机制。

实现的主要预期成果包括:1.成功制备具有可控形貌、大小和结构的二氧化锰纳米材料。

2.确定纳米材料的物理化学性质和结构特征。

3.研究纳米材料在电极材料中的电化学性能和能量储存机制,并比较不同形貌、大小和结构的纳米材料之间的性能差异。

此外,通过本文研究,可以为二氧化锰纳米材料在电化学储能方面的实际应用提供理论和实验基础,有助于提高储能装置的应用效率和性能。

二氧化锰纳米结构的可控制备及机理研究的开题报告

二氧化锰纳米结构的可控制备及机理研究的开题报告

二氧化锰纳米结构的可控制备及机理研究的开题报告一、选题背景二氧化锰(MnO2)作为一种重要的功能材料,在催化、电化学储能、传感、生物医学等领域具有广泛的应用。

然而,其特殊的晶体结构和表面活性使得其性质难以控制,因此如何实现对二氧化锰的可控制备一直是研究热点。

近年来,随着纳米技术的不断发展,纳米结构的二氧化锰逐渐被研究人员所关注。

纳米结构的二氧化锰具有很强的表面活性和催化活性,并且具有良好的生物相容性和可降解性,因此其在生物医学领域的应用潜力更为广阔。

二、研究目的本研究旨在探究可控制备二氧化锰纳米结构的机理,为实现对二氧化锰的可控制备提供基础理论和实验依据。

具体研究内容如下:1. 建立可控制备二氧化锰纳米结构的方法,并优化制备工艺参数。

2. 探究制备方法、物理化学性质和晶体结构之间的关系。

3. 系统研究二氧化锰纳米结构在催化、电化学储能、传感和生物医学等方面的应用潜力。

三、研究方法1. 应用溶液化学方法制备二氧化锰纳米结构,并利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FTIR)等对制备产物的形貌、结构和物理化学性质进行表征。

2. 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FTIR)等对制备条件进行优化,并探究制备条件和产物性质之间的关系。

3. 应用催化、电化学储能、传感和生物医学等方面的测试方法对二氧化锰纳米结构的应用潜力进行研究。

四、预期研究成果1. 建立可控制备二氧化锰纳米结构的方法。

2. 揭示制备方法、物理化学性质和晶体结构之间的关系。

3. 系统研究二氧化锰纳米结构在催化、电化学储能、传感和生物医学等方面的应用潜力。

4. 发表相关学术论文。

纳米层状二氧化锰的制备及电化学性能研究

纳米层状二氧化锰的制备及电化学性能研究

纳米层状二氧化锰的制备及电化学性能研究朱杨军;谭军艳;徐雅梅;王姣姣;曾悦;章磊;温祖标【期刊名称】《江西师范大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2015(000)006【摘要】以KMnO4、NaOH和MnCl2为原料,在室温下采用液相氧化还原法制备了层状二氧化锰电极材料.分别采用X-射线衍射、扫描电子显微镜和N2吸附-脱附等方法对材料试样的晶型结构、表观形貌和比表面积等物理性能进行了表征;采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学方法研究了材料试样的电化学性能.研究结果表明:所制备的层状二氧化锰为纳米材料,比表面积为89 m2·g-1,在0.5 mol·L-1 Li2 SO4水系电解液中比电容为96.7 F·g-1,等效串联电阻为1Ω,漏电流为0.24 mA,800次循环前后具有良好的循环稳定可逆性.%Nanostructured Layered manganese dioxide as electrode material was prepared by liquid oxidation-reduc-tion method based on KMnO4 ,NaOH and MnCl2 as raw materials at room temperature. The physical structures such as the crystal structure,morphology and specific surface area of the as-prepared electrode material were character-ized by X-ray diffraction,scanning electron microscopy and nitrogen adsorption-desorption at 77 K,respectively. The electrochemical performances were evaluated by cyclic voltammetry,galvanostatic charge-discharge and electrochem-ical impedance spectroscopies and so on. The results showed that the obtained material was nanostructured birnes-site-type manganese dioxide with BET specific surface area of 89 m2 ·g-1 . The specificcapacitance of the Layered manganese dioxide was up to 96. 7 F·g-1 in 0. 5 mol·L-1 Li2 SO4 aqueous electrolyteEquivalent series resistance is 1 Ω and leakage current was 0. 24 mA,exhibiting excellent cycle and reversible stability in 800 cycles charge-dis-charge,which maybe have a promising prospect for application in super capacitor.【总页数】5页(P551-555)【作者】朱杨军;谭军艳;徐雅梅;王姣姣;曾悦;章磊;温祖标【作者单位】江西师范大学化学化工学院,江西南昌 330022;江西师范大学化学化工学院,江西南昌 330022;江西师范大学化学化工学院,江西南昌 330022;江西师范大学化学化工学院,江西南昌 330022;江西师范大学化学化工学院,江西南昌 330022;江西师范大学化学化工学院,江西南昌 330022;江西师范大学化学化工学院,江西南昌 330022【正文语种】中文【中图分类】O657.1【相关文献】1.二氧化锰/纳米碳复合粉末的制备及其电化学性能的研究 [J], 杨晨;周贤良;饶有海;危震坤2.聚吡咯纳米球负载二氧化锰纳米片的制备及r电化学性能研究 [J], 陈圆;张龙;李利亚;韩杰3.层状二氧化锰材料的制备及其电化学性能研究 [J], 朱刚;焦宝娟;晏志军4.湿法制备纳米二氧化锰及其电化学性能的研究 [J], 常照荣;刘院英;汤宏伟;李云平5.铝掺杂二氧化锰纳米线的制备及其电化学性能 [J], 潘双;王冰;马泽军;刘亮;齐锦刚因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第2 7卷第 5 期 2 0 1 5年 5月
化 学 研 究 与 应 用
C h e mi c a l Re s e a r c h a n d A p p l i c a t i o n
Vo 1 . 2 7, No . 5 Ma y, 2 01 5
文章 编号 : 1 0 0 4 - 1 6 5 6 ( 2 0 1 5 ) 0 5 - 0 7 0 4 - 0 5
前驱物 N a - Mn 0 2 的 比电容( 7 9 F ・ g ) , 并且表现 出相似 的循环稳定性 。
关键词 : 层状氧化锰 ; 剥离 ; 电容性能 ; 循 环稳定性
中 图分 类 号 : 0 6 4 6 文献 标 志 码 : A
Pr e p a r a t i o n a n d c a pa c i t i v e pr o pe r t y o f ma n g a n e s e o x i de n a n o s h e e t s
了氧化锰重组物( E R Mn 0 2 ) 。通过 X R D、 S E M和 A F M对制备试样进行 了分析表征 。电化学测试结果表明 , 在 1 . 0 o t o l ・ L ~N a  ̄ S O 。 水溶液 中 , 当 电流密度为 0 . 2 5 A・ g 时 , E R Mn O : 的质量 比电容高达 l l 7 F ・ g 远远高 于其
二 氧化锰 纳 米层 的 制备 及 电容 性 能 研 究
李康 馨 , 李 丹 阳, 林道繁 , 李莉沙 , 邓玲娟 ’
( 咸阳师范学院化学与化工学院, 陕西 咸阳 7 1 2 0 0 0 )
摘要 : 以 Mn ( N O 3 ) 、 N a O H和 H 2 o 2 为原料 , 采用水热技术制备 了 № 型层状 氧化锰 ( N a - Mn O ) 。通 过离子交 换反应对 N a - Mn O : 进 行了剥离 , 得到 了氧化锰纳米层胶 体分散 液。将氧化 n g — x i n , L I D a n - y a n g , L I N D a o — f a n , L I L i — s h a , D E N G L i n g - j u a n。
( S c h o o l o f C h e m i s t r y & C h e m i c a l E n s i n e e r i n g , X i a n y a n g N o r m l a U n i v e r s i t y , X i ny a a n g 7 1 2 0 0 0 , C h i n a ) A b s t r a c t : M a n g ne a s e o x i d e w i t h l a y e r e d s t r u c t u e r h a s b e e n s y n t h e s i z e d b y h y d r o t h e r ma l ea r c t i o n u s i n g M n( N O 3 ) 2 , N a O H a n d
n a n o s h e e t c o l l o i d s u s p e n s i o n W s a f ee r z e d r i e d t o o b t a i n t h e ea r ss e m b l e d p r o d u c t s ( E R Mn O 2 ) . A s ec p i i f c c a p a c i t a n c e o f 1 1 7 F - g i s
Mn O2 .
Ke y wo r d s: Ma n g ne a s e o x i d e it w h l a y e r e d s t r u c t u r e ; d e l a mi n a t i o n; c a p a c i t i v e , p r o p e r t y ; c y c l e s t a b i l i t y
随着 传统 化石燃 料 的 日益 枯 竭 以及 有 毒 污染
物 的过度排 放 , 能 源 短 缺 以及 环 境 恶 化 问题 已 引 起 了当今社 会 的普 遍 关 注 。探 索 制 备 长 寿 命 、 低
目前 , 常见 的三 类 超 级 电容 器 电极 材 料 为 碳
材料 、 过渡 金属 氧化 物 和 导 电聚 合物 。其 中 , 碳 材 料仅 依靠 在 电极 与 电解 质 界面 形 成 的双 电层 来 存
H2 02 a s p r e c u so r s. r T h e Na ・ Mn O2 w a s d e l a mi n a t e d i n t o Mn O2 n no a s h e e t c o l l o i d s u s p e n s i o n b y i o n ・ c h a n g e ea r c t i o n . T h e Mn O2
o b t a i n e d f o r E RMn O2 e l e c t r o d e . Mo r e o v e r , E RMn O2 e l e c t r o d e e x h i b i t d e s i mi l a r c y c l e s t a b i l i y t c o mp a r e d it w h t h e p r e c u r s o r o f Na —
相关文档
最新文档