纳米二氧化锰超级电容器电极材料的制备及改性
- 格式:pdf
- 大小:1.15 MB
- 文档页数:3
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。
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》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。
电沉积制备MnO2C超级电容器电极材料的研究电沉积制备MnO2/C超级电容器电极材料的研究1、项⽬背景:超级电容器(Supercapacitor),即电化学电容器,是⼀种介于传统电容器和⼆次电池之间的新型储能装置。
超级电容器兼有电池⾼⽐能量和传统电容器⾼⽐功率,可快速充放电,使⽤寿命长(循环次数⾼达105~106),维护⽅便简单,对环境⽆污染等特点,是⼀种新型、⾼效、实⽤的能量存储元件。
在各领域的应⽤⼗分⼴泛。
⼆氧化锰是⼀种多晶型氧化物,常温下性质稳定,为棕⿊⾊或⿊⾊粉末状固体。
由于 [MnO6]⼋⾯体基本单元连接⽅式不同,MnO2具有⽐较复杂的晶格结构,⼆氧化锰电极材料其储量丰富、价格低廉、环境友好、具有较⾼的能量密度及功率密度、循环寿命良好,可⽤于电化学电容器或储能电池的研究⼆氧化锰粉末是⼀种半导体材料,电阻率较⾼,难以满⾜超级电容器⾼功率输出的需要,由于C掺杂的电极材料能利⽤各组分间的协同效应提⾼整体性能,所以⽐单纯⼆氧化锰以及导电聚合物具有更好的应⽤前景,我们所制备的就是⼆氧化锰/炭复合材料。
2、主要内容超级电容器⼆氧化锰电极材料因其储量丰富、价格低廉、环境友好及电化学性能优良等特点,近年来成为倍受重视的超级电容器电极材料,吸引了⼈们越来越多的⽬光。
尽管对⼆氧化锰电极材料的研究已经取得了很⼤进展,但如何提⾼⼆氧化锰材料的⽐表⾯积、⽐容量及其循环性能,降低材料电阻率等问题仍是⽬前的研究重点。
本实验主要是在寻找⼆氧化锰最优电沉积制备⼯艺。
主要研究内容简介如下:(1) 以醋酸锰为原料,⽯墨板为阴极,采⽤直流电沉积的⽅法在阳极基体上制备三维⽹状⼆氧化锰。
通过实验探讨不同脉冲频率、占空⽐、电流密度、电解液浓度及电沉积温度等单因素变量对沉积产物电化学性能的影响,从⽽确定最佳的⼆氧化锰制备⼯艺。
(2) 在直流电沉积过程中,基体类型对⼆氧化锰的形貌及性能影响较⼤,本实验分别选取镀铂钛板、⾦属镍板、不锈钢板和⾦属钛板为基体,寻找最优基体,并对最终产物进⾏各种形貌与电化学性能测试。
《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。
二氧化锰电极的制备
制备二氧化锰电极通常需要遵循以下步骤:
1. 材料准备,首先需要准备二氧化锰粉末、导电材料(如碳粉)、导电粘结剂(如聚四氟乙烯)、以及电极基底材料(如不锈钢或镍基合金)等材料。
2. 制备电极浆料,将二氧化锰粉末、碳粉和聚四氟乙烯按一定比例混合,并加入适量的溶剂(如乙醇或丙酮),搅拌均匀,形成均匀的电极浆料。
3. 涂覆电极浆料,将电极浆料涂覆在电极基底材料上,可以通过涂覆、喷涂或浸渍等方式进行,确保电极浆料均匀地覆盖在基底材料表面。
4. 干燥和烘烤,将涂覆好电极浆料的电极基底材料进行干燥,去除溶剂,然后进行烘烤,使电极浆料与基底材料结合紧密,并形成稳定的电极。
5. 组装电极,根据具体的使用要求,将制备好的二氧化锰电极
与其他电极材料(如对电极)组装成完整的电化学电池或电化学传感器。
以上是制备二氧化锰电极的一般步骤,需要注意的是在制备过程中要严格控制材料的比例和工艺条件,以确保电极的性能和稳定性。
同时,在实际操作中也需要遵循相关安全操作规程,确保操作安全。
希望以上回答能够满足你的要求。
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。
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。