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

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二氧化锰基超级电容器电极材料的研究

二氧化锰基超级电容器电极材料的研究二氧化锰（MnO2）是一种常见的电化学活性材料，被广泛用于超级电容器（SC）的电极材料中。

与传统的电化学电容器相比，超级电容器具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命、良好的快速充放电性能等优点，因此在储能、电动车辆、航空航天领域等方面具有重要的应用潜力。

本文将综述二氧化锰基超级电容器电极材料的研究进展，并探讨其在超级电容器领域的应用前景。

首先，二氧化锰作为一种廉价、环保的材料，具有较高的比电容和电导率，因而被广泛应用于超级电容器的电极材料中。

在二氧化锰基超级电容器中，二氧化锰以纳米颗粒或微米颗粒的形式存在，通过形成三维结构或负载在其他材料上，以提高电容器的性能。

研究表明，合适的制备方法、合适的结构设计和合适的掺杂方式可以显著改善二氧化锰电极的电化学性能。

其次，研究人员通过控制二氧化锰的晶体结构、形貌和掺杂元素的种类和浓度来调控其电化学性能。

例如，通过控制二氧化锰晶体的晶粒形貌和尺寸，可以显著提高其比表面积，从而提高电极的电容性能。

此外，掺杂其他金属或非金属元素（如钨、镁、铁等）可以调节二氧化锰的电化学反应速率和电导率，从而提高电化学性能。

同时，为了克服二氧化锰在长周期充放电过程中的体积变化问题，研究人员还设计了一系列核壳结构或杂化结构的二氧化锰电极材料。

核壳结构包括将二氧化锰包裹在碳纳米管或金属氧化物纳米颗粒中，以提高二氧化锰的结构稳定性和电容性能。

同时，将二氧化锰与其他电化学活性材料（如石墨烯、氧化钼等）形成杂化结构，可以进一步提高电极的电化学性能。

然而，二氧化锰基超级电容器电极材料仍然面临一些挑战。

首先，二氧化锰电极的循环稳定性较差，容易受到温度、湿度和电压等因素的影响。

其次，在高功率密度和长循环寿命要求下，二氧化锰电极的容量衰减问题尚未得到有效解决。

因此，未来的研究应该集中在改善二氧化锰电极的循环稳定性和容量保持率，开发更加合适的制备方法和结构设计。

综上所述，二氧化锰基超级电容器电极材料的研究已经取得了很大的进展，通过合适的结构设计、掺杂策略和核壳结构设计，可以显著提高二氧化锰电极的电化学性能。

《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

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｎｏｓｃｌｅａａ－ＭｎＯ２ｗａｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｗｉｔｈｐｏｔａｓｓｉｕｍｐｅｒｍａｎｇａｎａｔｅａｎｄｍａｎｇａｎｅｓｅｓｕｌｆａｔｅｍｉｘｔｕｒｅｉｎａｎａｕｔｏｃｌａｖｅ
ａｔｄｉｆｅｒｅｎｔｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｔｉｍｅｓ．ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＸＲＤ，ＳＥＭ，ａｎｄＢＥＴａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｔｉｍｅｗａｓ９ｈ，ＳＥＭｔｅｓｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｐｏｗｄｅ￣ｗａｓｎａｎｏｐｏｗｄｅｒｗｉｔｈｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｔ５０￣６０ｎｍ；ＸＲＤａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｄｅｒｗａｓａ－ＭｎＯ２；ａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｉｉｆｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｏｆＢＥＴｔｅｓｔｒｅａｃｈｅｄ５３．６６ｍ２／ｇ．Ｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｙｓｔｅｍｓｏｆｍａｎｇａｎｅｓｅｄｉｏｘｉｄｅａｓｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｄｅ，ａｓａｔｕｒａｔｅｄ

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》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。

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

•之后将悬浮液转入 100mI的水热反应釜聚四氟乙烯里衬中；140℃下恒温热处理4h后取出;
•使用超纯水和酒精对反应釜中样品进行抽滤，直至滤液中无SO42-为止；
•80℃下干燥12小时，得到干燥的褐色粉末，
使用玛瑙研钵进行研磨 1h制得纳米MnO2粉末
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电极的制备方法
MnO2粉末、乙炔黑和聚四氟乙烯(PTFE)= 70: 20:10，倒入玛瑙研钵中，加入适量超纯水之后研磨1h以上，直至得到混合浆状物质
聚四氟乙烯乳液
乙炔黑
泡沫镍
铂电极
设备
银丝中速滤纸
甘汞电极无水硫酸钠
电化学工作站电子天平电热恒温鼓风干燥箱磁力搅拌器粉末压片机
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水热法制备纳米MnO2
• KMnO4 0.237 g， MnSO4·H2O为0.381g
• 溶解于30 ml的超纯水中室温下中速搅拌1h
•一边快速搅拌 KMnO4溶液，一边向其中缓缓倒入 MnSO4溶液 •继续搅拌1h使反应充分进行
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超级电容器工作原理
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Ø 双电层超级电容器：
利用上述双电层机理实现电荷的储存和释放。
Ø 电化学电容器：
除双电层储能外，电解液中离子在电极活性物质中由于氧化还原反应而储能。
二氧化锰电极的储能机理
0容性能
只在电极表面发生的活性物质与电解液之间的化学吸附一脱附过程
(MnO2)surface+C+ +e-
(MnOOC)surface
在电极表面和内部均可发生的活性物质与电解液之间的嵌入一脱出过程
MnO2 +C++e-
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二氧化锰复合材料的制备与电化学电容特性研究的开题报告

聚苯胺/二氧化锰复合材料的制备与电化学电容特性研究的
开题报告
一、课题背景与意义
随着现代科学技术的不断发展，高能量密度储能材料的需求越来越迫切。

电化学超级电容器因其高功率密度和长循环寿命，已成为当前最为热门的较新型的高能量密
度储能设备之一。

而聚苯胺/二氧化锰复合材料作为电化学超级电容器的一种重要电极材料，具有导电性能好、容量较高、环境稳定性好等优势，逐渐成为研究的热点之一。

因此，本研究将通过制备聚苯胺/二氧化锰复合材料，并对其进行表征，通过测
试复合材料的电化学性能，以了解其电容特性，进一步提高电化学超级电容器的性能，并为其在实际应用中的推广提供技术支持。

二、研究内容与方法
1. 复合材料的制备
本研究将采用化学沉积法，制备聚苯胺/二氧化锰复合材料。

具体流程如下：
将适量的苯胺溶液滴加入稀硫酸中，溶液发黑并产生温度升高的反应。

然后将二氧化锰作为氧化剂加入溶液中，反应生成聚苯胺/二氧化锰复合材料。

2. 复合材料的表征
本研究将通过扫描电镜、X射线衍射仪等仪器对复合材料进行表征，了解其外观形态、晶体结构等性质。

3. 电化学性能测试
本研究将采用循环伏安法和恒流充放电法等方法，测试聚苯胺/二氧化锰复合材
料的电化学性能。

主要测试其电容大小、循环性能等指标。

三、预期成果与意义
本研究将制备出聚苯胺/二氧化锰复合材料，并对其电化学性能进行测试，为电
化学超级电容器的性能提高提供技术支持，为其在实际应用中的推广提供帮助。

同时，本研究在化学沉积法制备复合材料方面，也为相关研究提供了可参考的方法和思路。

采用不同的方法制备MnO2电极并研究其特性

采用不同的方法制备MnO2电极并研究其特性一.实验研究背景及意义超级电容器的独特的电性能特点一直受到研究者的青睐，其电极材料的制备备受关注，MnO2因其廉价和优良的电性能成为超级电容器电极材料的候选之一，制备MnO2的方法包括固相法，溶胶凝胶法，化学沉积法和电沉积法。

其中液相法工艺简单，装置简易，产率高等优点备受研究者的青睐。

二．方法一（1）实验药品及仪器KMnO4，Mn ( Ac)2 ·4 H2O ，无水乙醇，60 %P TF E 乳液，乙炔黑电子天平，烧杯，磁力搅拌器等（2）实验过程常温液相氧化法制备MnO2 : 按反应式KMnO4 +1.5Mn ( Ac)2 · 4 H2O =2.5 MnO2 , 称取一定量的KMnO4 和Mn ( Ac)2 ·4 H2O ( 稍过量) ,分别溶于30 mL 去离子水。

待完全溶解后, 将Mn ( Ac)2 溶液缓缓滴加到KMnO4 溶液中。

此时有棕色MnO2 产生,溶液粘度增大,经强烈搅拌,回流 2 h ,过滤得棕黑色沉淀, 用去离子水将沉淀洗涤数次, 至滤液中无Mn2 +即可。

110 ℃真空干燥12 h , 冷却至室温, 在玛瑙研钵充分研磨,得MnO2 粉体试样。

具体量如下：制备0.05molMnO2m(MnO2)=4.35g,则m(KMnO4)=3.1606g,m(Mn ( Ac)2)=7.3527g然后按m ( MnO2) ∶m ( 乙炔黑) : m ( 60 %P TF E 乳液) = 75 ∶20 ∶5 的质量比混合，加入适量无水乙醇, 使P TF E 纤维化。

然后滚压成一定厚度的薄片, 在10 M Pa 的压力下,将此薄片压在泡沫镍集流体上,60 ℃真空干燥除去乙醇,制成厚度约0.2 mm , 几何面积为115cm ×115 cm 的活性物测试复合电极。

非工作面用环氧树脂封闭。

方法二(1)实验试剂与仪器KMnO4 (AR) Mn(CH3COO)2·4H2O(AR) ,5(wt)%的PTFE, 隔膜纸,乙炔黑行星球磨机(2)实验程序将摩尔配比1：1的高锰酸钾与乙酸锰置于球磨罐中,按球料质量比10：1加入钢球,转速260r min,球磨9h后,将产物置于0.1mol LH2SO4中,在200r min的转速下,磁力搅拌2h,用去离子水将产物中未反应的乙酸锰以及钾离子洗去至中性,120℃干燥至恒重,充分研磨成粉末。

二氧化锰-三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能共3篇

二氧化锰-三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能共3篇二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能1二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料制备及电化学性能随着能源需求的不断增长和环境问题的日益突出，新型高性能电化学储能设备受到越来越广泛的关注。

二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料作为一种新型的电化学储能材料，具有较高的比电容和循环性能，在超级电容器和锂离子电池中都有广泛的应用。

本文主要介绍二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的制备与电化学性能。

一、制备方法二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的制备一般采用两步法，首先制备石墨烯泡沫材料，再利用化学气相沉积技术将二氧化锰负载在石墨烯泡沫材料表面，最终得到二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料。

1. 制备石墨烯泡沫材料制备石墨烯泡沫材料的方法有多种，如化学气相沉积法、物理气相沉积法、化学氧化还原法等。

本文介绍一种干法化学剥离法制备石墨烯泡沫材料的方法。

将天然石墨在高温下处理，使其表面产生氧化物，然后将氧化后的天然石墨和聚乙烯醇溶液混合，并通过超声波剥离得到石墨烯泡沫材料。

最后将石墨烯泡沫材料热处理，得到具有三维结构的石墨烯泡沫材料。

2. 负载二氧化锰将制备好的石墨烯泡沫材料浸泡在含有二氧化锰前体溶液的乙醇中，然后通过化学气相沉积技术将二氧化锰沉积在石墨烯泡沫材料表面。

最终得到二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料。

二、电化学性能二氧化锰/三维结构石墨烯电极材料的电化学性能一般通过循环伏安法、电化学阻抗谱等测试手段进行测试。

1. 循环伏安法测定循环伏安法是一种常用的电化学测试方法，可以用于测试电化学反应的物理化学特性和电化学反应动力学特性。

将测试样品放置于电极中，在特定电位范围内进行循环伏安扫描，记录扫描图像。

通过扫描图像可以获得电极的片儿式容量、比电容、电化学反应动力学特性等数据。

2. 电化学阻抗谱测试电化学阻抗谱测试是一种可以获得电极电化学行为信息的测试方法。

将测试样品放置于电极中，施加一定的交流电压，记录阻抗谱。

《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。

超级电容器电极材料_MnO_2的电化学制备及其性能_黄庆华

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１．２样品的物性检测
用 ?MJSPRMIGk$# 扫描电镜（ 894）对样品进行形貌测试。
１．３电极的电化学性能测试
以饱和甘汞电极作参比电极，镍电极作辅助电极，经典的三电极体系，用 <?[:kk#:F 电化学工作站分别在 %:./012:;<0 和 %:./012:3>?!7%86! 溶液中在不同的扫描速度下进行循环伏安测试。
图 + 是沉积电位为 >$?%"’ 时石墨基体上沉积的 ()*+ 的 /0( 图。由图 + 可见，随沉积电位的升高石墨电极表面形貌发生变化；沉积的 ()*+ 粒径变大，在被沉 ()*+ 膜层加厚。积的氧化物表面出现裂缝，这些裂缝可能是在干燥过程中由于收缩应力而引起的。
（ X）式中： —— Q 5—循环伏安图中阳极支的中点电流；
↔ （ K） ()*+FDFF:"""""()**D""""""""""""""""""""""""""

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。

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。

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摘要超级电容器是一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件，具有比传统电容器更高的能量密度及比普通电池更高的功率密度和更长的循环寿命。

随着高性能的电化学超级电容器在移动通讯、信息技术、航天航空和国防科技等领域的不断应用，超级电容器越来越受到人们的关注。

超级电容器电极材料方面的研究将在一定程度上推进人类新型能源的开发和应用，缓解环境污染压力，提高人类社会的能量利用率，是非常有意义的研究工作。

二氧化锰由于价格低廉、环境友好且电化学性能较好，被认为是一种非常有潜力的超级电容器电极材料。

自1999年Lee和Goodenough率先合成并研究了纳米二氧化锰的电化学性能之后，超级电容器电极材料用纳米二氧化锰得到了深入研究。

本论文采用水热法合成二氧化锰作为电化学电容器的电极材料，采用XRD、EIS、CV等多种现代物理测试手段和电化学研究方法研究了二氧化锰材料的制备、电容特性及各种影响因素。

主要的研究内容如下:1、以硫酸锰为还原剂还原高锰酸钾的方法制备二氧化锰。

2、用XRD表征手段来分析材料的微观形貌。

3、利用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行了表征。

关键词：超级电容器，二氧化锰，电化学，比容量AbstractAs intermediate systems between conventional capacitors and batteries, supercapacitors have many advantages. While batteries have higher energy density than supercapacitors, they deliver less power. Supercapacitors can store higher energy density with less delivered power compared to conventional capacitors. Supercapacitors have achieved much attention in many fields, such as mobile telecommunication, information technology, consumerelectronics, aviation & aerospace, military force and so on. Supercapacitors are attracting more and more attention throughout the world.Promoting the development and application of new energy resource, alleviating the pressure of environmental pollution and improving the energy efficiency of human society, Research on supercapacitor electrode material is a very meaningful work. Because of its low cost, environmental-friendly and good electrochemical performance, manganese dioxide is considered to be a very promising electrode material for supercapacitor. Since the first work on synthesis and electrochemical properties of nano-manganese dioxide have been done by Lee and Goodenough in 1999, using nano-manganese dioxide as electrode material of supercapacitor has been researched thoroughly.In this dissertation, we systemically research the electrochemical of the inexpensive manganese dioxide as the electrode materials of electrochemical capacitors. XRD, EIS, CV and electrochemical methods have been used to analyze material preparation, structure, capacitance characteristic, properties of electrode material.The main study as follows:1 .Use MnS04 as reducing agent of KMn04 to prepare Mn02.2. XRD was used to analyze the material morphology.3. Cyclic voltammetry, charge-discharge cycles and alternating current impedance and other means were used to characterize the electrochemical properties of the material.KEY WORD: supercapacitor, manganese dioxide, electrochemical, specific capacitance.前言1．超级电容器概述超级电容器是介于充电电池与传统电容器之间的一种新型能源器件。

用二氧化锰制备超级电容器及其电化学性能研究

文章编号：１６７４～０８７４（２０１３）Ｏ１ — ００４２ — ０３
用二氧化锰制备超级电容器及其电化学性能研究
邢宝岩 ’ ，焦晨旭，赵建国．
（１．中北大学化学，山西太原０３００５１；２．山西大同大学炭材料研究所，山西大同０３７００９）
摘要：以ＫＭｎＯ为锰源，在１８０℃ 水热条件下反应２４ｈ可控制备了仅一，Ｂ一，８－ＭｎＯ，采用高分辨扫描电
镜、ｘ射线衍射研究了它们的微观形貌和晶型结构，并通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电比较了三者的电化学
容器，进行电化学性能测试。１．４样品的表征及电化学性能测试用ＲｉｇａｋｕＤ／Ｍａｘ２５５０ＶＢ＋／ＰＣ型粉末衍
１实验部分
１．１试剂与原料
射仪进行样品ＸＲＤ分析，测试条件：Ｃｕ靶Ｋ０ｃ线，电压３０ｋＶ，电流ｌ５ｍＡ，扫描范围５～８０。（２０），扫描速度１０。／ｍｉｎ；用Ｓ一４８００型冷场扫描电镜
主要为金属氧化物和导电聚合物。目前，金属氧化
物基电容器中氧化钌是性能最好的电极材料，比电容高达７２０Ｆ／ｇ［６１，但是由于氧化钌价格昂贵，不
粘结剂聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ），搅匀后加入一定量的无水乙醇，在玻璃研钵中研磨成橡皮泥状，放人辊压机中反复辊压至０．２ｍｍ厚度，８０℃ 真空干燥箱中烘干，然后用直径１ｃｍ打孔器裁切电极片，取质量近乎相

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。

二氧化锰基超级电容器电极材料的研究

二氧化锰基超级电容器电极材料的研究宋姣摘要：超级电容器是一种新型储能器件，具有无污染、可快速充电、比电容大和可循环利用等的优点，应用广泛，引起广大的关注。

其中，电极材料是影响超级电容器比电容和稳定性的决定性因素之一，因此电极材料成为了超级电容器研究的重点。

二氧化锰具有资源丰富，价格低廉，对环境友好等特点，成为广大研究者关注的超级电容器电极材料。

全文主要分为三个部分，第一部分是介绍超级电容器，第二部分介绍超级电容器电极材料，第三部分介绍超级电容器二氧化锰电极材料。

结果表明二氧化锰是一种很值得研究的电极材料。

关键词：超级电容器;电极材料;二氧化锰随着社会的不断发展，人民的生活水平不断提高，对于能源的需求也越来越大。

为了人类社会的可持续发展，绿色能源逐步受到人们的广泛关注。

超级电容器作为具有对环境无污染、可以快速充电、比电容大、循环寿命长等优点的储能装置，得到极大的重视。

超级电容器以其优异的特性，具有比传统的化学电池更加广泛的用途，可应用于移动通讯、工业领域、国防科技、消费电子、电动汽车等方面。

但是，超级电容器能量密度不高限制了其应用领域。

超级电容器的组成部件中，电极材料是其电化学性能的重要影响因素之一，因此超级电容器电极材料成为研究的热点。

其中，二氧化锰因其价格低廉及其对环境友好等诸多优势成为超级电容器最具有潜力的电极材料之一。

1. 超级电容器简介超级电容器是一种介于传统电容器与蓄电池之间的，通过极化电解质来储能的新型储能元件,又称为双电层电容器或者电化学电容器等等。

该装置可以改变充放电电流以达到快速充放电的效果，可以在很短的时间完成一次完整的充放电过程。

由于其具有瞬时大电流放电功能，使其具有较大的功率密度。

超级电容器按其储能原理分为两类[1,2]，一类是双电层电容器，一类是法拉第电容器。

双电层电容器是一种利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量的装置，其电极通常采用高比表面积的碳材料。

双电层电容器利用具有多孔结构的电极材料，目前双电层电容主要电极材料是碳电极材料,其充放电示意图如图1所示。