氧化锰在超级电容器中的应用研究获进展

2011年第3期 新疆化工 11 超级电容器电极材料的研究进展摆玉龙（新疆化工设计研究院，乌鲁木齐830006）摘要：超级电容器既具有超大容量，又具有很高的功率密度，因此它在后备电源、替代电源、大功率输出等方面都有极为广泛的应用前景。

超级电容器的性能主要取决于电极材料，近年来各国学者对于超级电容器的电极材料进行了大量的研究。

关键词：超级电容器；电极材料1 前言超级电容器的种类按其工作原理可以分为双电层电容器、法拉第准电容器(也称为赝电容电容器)以及二者兼有的混合电容器。

双电层电容器基于双电层理论，利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来储存能量。

法拉第准电容器则基于法拉第过程，即在法拉第电荷转移的电化学变化过程中产生，不仅发生在电极表面，而且可以深入电极内部。

根据这两种原理，目前作为超级电容器的电极材料的主要分为三类[1]：碳材料、金属氧化物及水合物材料、导电聚合物材料。

2 碳材料类电极材料在所有的电化学超级电容器电极材料中，研究最早和技术最成熟的是碳材料。

其研究是从1957年Beck发表的相关专利开始的。

碳电极的研究主要集中在制备具有大的比表面积和较小内阻的多孔电极材料上，可用做超级电容器电极的碳材料主要有:活性炭、纳米碳纤维、玻璃碳、碳气凝胶、纳米碳管等。

活性炭(AC)是超级电容器最早采用的碳电极材料[2]。

它是碳为主，与氢、氧、氮等相结合，具有良好的吸附作用。

其特点是它的比表面积特别大，比容量比铂黑和钯黑高五倍以上[3]。

J.Gamby[4]等对几种不同比表面积的活性炭超级电容器进行测试，其中比表面积最大为2315m2·g的样品得到的比容量最高，达到125F/g，同时发现比表面积和孔结构对活性炭电极的比容量和内阻有很大影响。

活性炭纤维(ACF)是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。

ACF的制备一般是将有机前驱体纤维在低温(200℃~400)℃下进行稳定化处理，随后进行炭化、活化(700℃~1000)℃。

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。

第1章绪论1.1超级电容器简介超级电容器，也称电化学电容器，其性能介于电池和电容器之间。

近年来，电化学电容器（EC）因其高输出功率性能和循环寿命长，在电化学能量储存和转换领域得到了极大的关注。

作为一种主电源的可移动辅助能源设备，和电池或燃料电池一样，电化学电容器在短时间功率增强方面效果很好。

电化学电容器的电容材料电荷储存机制包括发生在电极和电解质界面处的电荷分离以及快速发生在电极上的法拉第反应。

由于电荷分离而产生的电容，通常被称为双电层电容（EDLC）。

因法拉第过程产生的电容器称为赝电容器。

因为这些类型的电容器电容量比传统的电容器大很多倍，所以又被成为超级电容器。

由于电荷分离而产生的电容，通常被称为双电层电容器（EDLC）。

因法拉第过程产生的电容称为法拉第准电容器。

因为这些类型的电容器电容量比传统的电容器大很多倍，所以称为超级电容器。

1.1.1超级电容与传统电池、电容器比较传统电池因为其功率密度值很难达到500kW/kg、充电时间长、充放电效率低、循环寿命短等缺点限制了它的发展，而静电电容器因为比电容太小而限制了其应用。

超级电容器则填补了电池和静电电容器之间的空白，它独特的性质使短时间大功率充放电储能机制成为可能。

表1.1 电池、静电电容器和超级电容器性能电池超级电容器静电电容器充电时间1~5h1~30s10-6~10-3放电时间0.3~3h1~30s10-5~10-3能量密度Wh/kg20~1001~10<0.1功率密度Wh/kg50~2001000~2000>10000循环效率0.7~0.850.90~0.95 1.0循环寿命500~2000>100000无限通过图 1.1，可以看出超级电容器具有另两种储能器件无法比拟的优点。

（1）充放电速度快，超级电容器是通过双电层充放电或者在电极活性材料表面发生的快速可逆的法拉第反应来进行充放电，这个过程几十秒就可以完成。

（2）功率密度高，这也是超级电容器最重要的一个优点。

基于氧化锰和炭材料的超级电容器研究一、概述随着科技的不断进步，人类对能源的需求日益增长，尤其是在移动设备、电动汽车、可穿戴设备等领域，对高性能、快速充放电的储能设备的需求愈发迫切。

超级电容器作为一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，因其具有高功率密度、快速充放电、循环寿命长等优点，成为了当前研究的热点。

在超级电容器的制备中，电极材料的选择至关重要。

氧化锰作为一种具有丰富氧化还原反应、高理论比电容的电极材料，受到了广泛的关注。

氧化锰的导电性较差，限制了其在超级电容器中的实际应用。

如何提高氧化锰的导电性，成为了研究的关键问题。

炭材料以其优异的导电性、高比表面积和良好的化学稳定性，在超级电容器领域得到了广泛的应用。

将氧化锰与炭材料复合，不仅可以提高氧化锰的导电性，还能利用其高比表面积，增加电极与电解液的接触面积，从而提高超级电容器的电化学性能。

本文旨在研究基于氧化锰和炭材料的超级电容器，通过探讨不同制备方法、复合方式以及电极结构设计等因素对超级电容器性能的影响，优化超级电容器的电化学性能。

同时，本文还将对超级电容器的实际应用前景进行展望，以期为未来高性能储能设备的发展提供有益的参考。

1. 介绍超级电容器的概念、原理及其在现代电子设备中的应用。

超级电容器，又称电化学电容器或双电层电容器，是一种能够快速存储和释放大量电能的电子元件。

与传统的电池或普通电容器相比，超级电容器具有更高的能量密度和更快的充放电速度。

其原理主要基于电极表面与电解质之间的界面电荷存储机制，包括双电层电容和法拉第赝电容两种形式。

双电层电容是基于电极与电解质之间的电荷分离和吸附过程，而法拉第赝电容则是通过活性物质在电极表面发生快速可逆的氧化还原反应来存储能量。

这两种机制使得超级电容器能够在短时间内完成大量的电荷转移，从而提供高功率输出。

在现代电子设备中，超级电容器被广泛应用于各种需要快速充放电的场合。

例如，在移动通讯设备中，超级电容器可以作为备用电源，确保在电池电量不足时仍能提供短暂的通话时间在电动汽车中，超级电容器可以作为启动电源或回收制动能量在航空航天、军事装备等领域，超级电容器也发挥着重要作用，为设备提供稳定、可靠的电力支持。

《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。

《二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备与应用》篇一一、引言随着科技的快速发展和人类生活水平的提高，电子设备的更新换代频率加快，人们对电子设备所需能量的需求量也随之迅速增加。

然而，传统电容器的能量存储和传输性能无法满足这种增长的需求。

在此背景下，超级电容器以其快速充放电、长寿命和较高能量密度的特性成为了研究热点。

而二氧化锰基纳米材料以其高比电容、高循环稳定性及低成本的特性在超级电容器中展现出良好的应用前景。

本文将就二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备方法、性能及其实用化应用等方面进行详细的探讨。

二、二氧化锰基纳米材料的制备1. 材料选择与制备原理二氧化锰基纳米材料主要通过物理或化学方法合成，其特点是具有较高的比表面积和优异的电化学性能。

常用的制备方法包括溶胶-凝胶法、水热法、模板法等。

其中，溶胶-凝胶法和水热法因其操作简便、成本低廉等优点被广泛应用。

2. 制备过程以溶胶-凝胶法为例，首先将锰源（如硝酸锰）与适当的溶剂（如水）混合，通过调节pH值形成溶胶；然后经过凝胶化过程，形成具有三维网络结构的凝胶；最后通过干燥、煅烧等步骤得到二氧化锰基纳米材料。

三、二氧化锰基纳米材料超级电容器的制备1. 制备方法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和电容器器件的组装。

电极材料一般采用涂覆法或压片法将二氧化锰基纳米材料与导电剂、粘结剂等混合后涂覆在导电基底上；电容器器件则通过将两个电极材料及隔膜组装在一起，并加入电解液形成。

2. 性能特点二氧化锰基纳米材料超级电容器具有高比电容、快速充放电、长寿命等特点。

其高比电容源于二氧化锰基纳米材料的高比表面积和良好的电导率；快速充放电和长寿命则得益于其优秀的循环稳定性和较低的内阻。

四、应用领域及实用化进展1. 应用领域二氧化锰基纳米材料超级电容器广泛应用于电动汽车、可再生能源储存、智能电网等领域。

在电动汽车中，超级电容器可作为辅助能源系统，为车辆提供快速充电和放电的功能；在可再生能源储存方面，超级电容器可与风能、太阳能等可再生能源结合，实现能源的高效储存和利用；在智能电网中，超级电容器可提高电网的稳定性和可靠性。

题目：碳纳米管/氧化锰纳米材料的制备及超级电容性能研究1.设计（论文）进展状况超级电容器具有比容大、功率密度高、循环寿命长和对环境无污染等特点，有希望成为本世纪新型的绿色能源。

级电容器广泛应用于电脑、录相机、计时器等的备用电源,也可用于玩具车、闪光灯、电动手工具等要求快充电、慢放电的场合，还可用于需用连发、强流脉冲电能的高新技术武器，如激光武器、电炮等。

碳纳米管具有独特的中空结构、良好的导电、高比表面积、化学稳定性、适合电解质离子迁移的孔隙以及交互缠绕可形成纳米尺度的网络结构等优点。

当与过渡金属氧化物复合后，过渡氧化物电极上可发生快速可逆的电极反应，同时具有大比表面积的CNT网状结构和CNT良好的导电性使电子传递更能进入到电极内部，使能量存储于三维空间中，最终提高了电极的比电容和能量密度，而选用MnO2是因为它具有资源广泛，价格低廉,环保等特点。

所以本课题选用CNT和MnO2复合材料制作超级电容器。

本人从进入实验室之后，在第一周的时候，熟悉实验室仪器使用方法、查找相关文献完善实验方案、单独制作MnO2初步了解实验步骤。

第二周至第五周，根据CNT与MnO2复合材料中CNT所占含量不同，我们需要制作5组不同含量的复合材料来对比它们的性质，分别为CNT在复合材料中所占含量为1％、2％、3％、4％、5％的5组。

本人将CNT的含量取固定的10mg，改变MnO2质量来完成上述的5组的不同复合材料，这样可以算出每组所需MnO2的质量，根据KMnO4和MnCl2制取MnO2的反应式，如下：2KMnO4+3MnCl2+2H2O 5MnO2+2KCl+4HCl算出所需KMnO4和MnCl2的质量，通过电子天平称量算出的MnCl2和KMnO4质量分别配成100ml溶液，再称量10mgCNT加了MnCl2溶液中通过超声清洗器超声使CNT在MnCl2溶液中分散均匀，再缓慢滴加KMnO4溶液，持续搅拌6h产生棕色沉淀再使用真空泵反复抽滤，将抽滤的粉末在真空干燥箱中以110℃干燥12小时得到复合材料。

第卷第期年月MnO 2作为超级电容器电极材料的研究进展于文强，易清风（湖南科技大学化学化工学院，湖南湘潭411201）摘要：主要介绍了目前国内外研究MnO 2作为电化学超级电容器电极材料的最新进展和几个主要研究动向；并简要介绍了研究电化学超级电容器的几种主要的表征手段。

关键词：超级电容器；MnO 2；电极材料；表征中图分类号：TM912.9文献标志码：A文章编号：1008-7923（2009）04-0285-04Research progress on manganese dioxide for electrodematerial of supercapacitorYU Weng-qiang,YI Qing-feng(College of Chemistry and Chemical Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan,Hunan 411201,China )Abstract:The latest progress and research field about the electrochemical supercapacitor materials at home and abroad were introduced in this paper.And the characterization methods in the research were also briefly discussed.Key words:electrochemical supercapacitor;manganese dioxide;electrode material;characterization methods收稿日期：2009-03-19基金项目：国家自然科学基金项目(20876038)和湖南科技大学研究生创新基金项目(S080109)作者简介：于文强（1983-），男，山东省人，硕士生。

聚吡咯—氧化锰复合材料研究进展作者：龙光军来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第06期摘要：本文综述了聚吡咯-氧化锰复合材料电化学沉积法、化学原位聚合法等制备方法及其在超级电容器中的研究进展，分别例举了各种方法的优缺点和如何改善，展望聚吡咯-氧化锰复合电极材料在将来的发展与应用。

关键词：超级电容器；二氧化锰；聚吡咯0 引言伴随着科学技术的发展各种仪器和设施得到了进一步的升级和改进，对能源的要求也越来越高，传统能源逐渐难以满足新领域的能源需求。

超级电容器是一种应用广泛具有前景的储能设备，具有电容量大功率高充放电快稳定性好无污染等优点，被广泛运用于汽车、通讯、军事、航天、电子、医学设备等诸多领域。

电极是超级电容器的重要组成部分，主要分为炭电极、金属氧化物电极、聚合物电极或是他们的复合物组成。

MnO2具有储量大、廉价、比表面积大、可逆性好、电化学性能稳定、环境友好型等优点，其理论比电容可高达1370F/g，但是MnO2导电性差且难溶解，导致其实际比电容与理论值相差甚远[1]。

通过电化学、化学等复合的方法可将氧化锰与具有高导电性、高比表面积、电化学性质稳定、制备简便、易于与其他物质复合等优点的PPy制成PPy-MnO2复合材料。

通过循环伏安法、恒流充放电、交流阻抗测试其电化学性能，并用X射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜对复合材料的结构和形貌进行测试[2]。

1 聚吡咯-氧化锰的复合PPy具有制备工艺简单、比电容高、电导率可控、稳定无污染、且易于与其他材料复合等优点，但其充放电时分子链容易收缩或膨胀使链状结构破坏，极大的限制他的使用寿命和载电荷能力，通过结合MnO2的比表面积大、可逆性高、电化学性能稳定等性能，可制得性能更加优越的复合材料。

目前制备PPy-MnO2复合材料的方法主要有电化学沉积法和化学原位聚合法。

1.1 电化学沉积法电化学沉积法是指在含聚合物单体的溶液中，采用恒电流、恒电位、循环伏安法等使吡咯单体和掺杂物在阳极发生聚合，沉积在电极表面生成聚合物粉末或薄膜。

MnO2超级电容器电极的反应动力学及其性能调控探究摘要：随着能源存储与转换技术的进步，超级电容器作为一种高性能能量存储设备备受关注。

MnO2作为一种重要的电容材料，因其良好的可循环性、高比电容和低成本而引起了广泛关注。

本文对于MnO2超级电容器电极的反应动力学及其性能调控进行了探究，探究了MnO2电极材料中的物化变化和动力学过程。

1. 引言超级电容器作为一种高性能能量存储设备，具有高功率密度、长循环寿命和快速充放电速度的优势。

MnO2作为一种有望在超级电容器中广泛应用的电极材料，具有丰富的资源、低成本和良好的可循环性能。

然而，MnO2电极材料的动力学过程和性能调控依旧需要进一步探究。

2. MnO2电极材料的制备与表征MnO2电极材料的制备方法包括化学合成、物理沉积和电化学合成等，其中以电化学合成方法制备的MnO2电极材料具有优异的性能。

通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等技术对MnO2电极材料进行了形貌和晶体结构的表征。

3. MnO2在超级电容器中的反应动力学MnO2超级电容器电极的反应动力学探究发现，MnO2电极在充放电过程中发生了Mn4+和Mn3+之间的氧化还原反应。

MnO2的电化学反应动力学与其晶体结构和形貌密切相关。

在充电过程中，MnO2电极发生氧化反应生成Mn4+，同时释放出电子。

在放电过程中，Mn4+发生还原反应生成Mn3+，同时吸纳电子。

4. MnO2电极性能调控的探究为了提高MnO2电极的电化学性能，探究人员进行了多种性能调控策略的探究。

一种常见的策略是通过合成控制来调控MnO2的形貌和晶体结构，以改变其表面积和孔隙结构。

另一种策略是利用导电聚合物、纳米材料和碳基材料来改善MnO2电极的电导率和可循环性。

5. 结论本文综述了。

探究表明，MnO2电极材料的反应动力学与其晶体结构和形貌密切相关。

通过调控MnO2形貌和晶体结构，并引入导电聚合物或纳米材料作为帮助材料，可以有效提高MnO2电极的电化学性能。