二氧化锰电极材料的制备及电化学性能研究进展

二氧化锰(MnO₂)作为一种重要的无机功能材料,因成本低、来源广泛、电化学性能优异及对环境友好且理论比电容高等优势,在电化学电容器电极材料的研究中有巨大的应用潜力,已成为超级电容器电极材料的研究热点。目前,制备二氧化锰的方法多样,常用的方法有:固相法、水热法、溶胶凝胶法、液相共沉淀法、电化学沉积法等。且因二氧化锰具有比表面积大、循环稳定性好等优势,用其作为电极材料更易于工业化生产,具有较大的市场价值。本文主要综述了非晶态及晶态二氧化锰电极的制备方法及其用于超级电容器的研究进展,并对其储能机理、温度对其微观结构(表面积)和残余结构水等因素的影响进行了分析。     

二氧化锰氧化制备超级电容器用PANI-CNTs纳米复合材料

以二氧化锰(MnO2)作为氧化剂,采用化学原位聚合法在室温下制备得到聚苯胺-碳纳米管(PANI-CNTs,简称为M-PC)纳米复合材料,并采用SEM、XRD对PANI-CNTs复合材料的结构与性能进行了表征。用恒电流充放电技术测试了以其作为电极的超级电容器的电化学性能。恒电流充放电实验结果表明,在电流密度5mA.cm-2下单电极比容量达355F.g-1,1000次循环后比容量仍有189F.g-1。M-PC较以过硫酸铵(APS)为氧化剂制备的PANI-CNTs(简称为N-PC)具有更好的循环性能和更高的比容量。     

超级电容器电极材料

本文综述了碳基材料、金属氧化物及水合物材料和导电聚合物材料作为超级电容器电极材料的最新研究进展。     

超级电容器用活性炭电极材料的研究进展

活性炭因具有制备简单、成本低、比表面积大、导电性好以及化学稳定性高等特点,作为超级电容器电极材料已得到广泛应用.论述了活性炭电极超级电容器的工作原理及活性炭物化性质对超级电容器电化学性能的影响,介绍了活性炭电极材料的最新研究进展,展望了其应用前景,指出寻找新炭源及活化技术、探索活性炭孔结构和表面性质的有效控制手段、开发活性炭复合材料等是该领域今后研究的重点方向.     

超级电容器电极材料的研究进展

超级电容器是一种具有优异电化学性能的新型储能装置,文章介绍了超级电容器的储能机理和优点,论述了碳基材料、金属氧化物材料及导电聚合物材料的研究进展和作为超级电容器电极材料的要求,对未来的电极材料的研究方向作出了展望。     

二氧化锰基超级电容器的研究进展

在能源日益紧张的今天,超级电容器作为一种新型的储能装置,以其寿命长、功率高、绿色环保等特点而备受关注。其中二氧化锰基超级电容器不仅具有高功率密度、长循环寿命、快速充放电等特点,还具有价格低廉、来源广泛、环境友好的优势,在各个领域都拥有非常广阔的应用前景和经济价值。然而因受到二氧化锰材料自身导电性和比表面积的限制,二氧化锰基超级电容器的比电容与理论值相差较大;同时其结构不稳定也造成循环稳定性较低。针对上述问题,目前对于二氧化锰超级电容器的研究主要集中于寻找简单可控的电极制备方法以提高电极的导电性、比电容、循环稳定性等电化学性能,以及设法综合利用各种电极材料的优点发挥其协同效应等方面。探究简单可控的电极制备方法是获得高质量二氧化锰基超级电容器的研究的首要任务,常见的方法有溶胶-凝胶法、水热合成法、化学沉淀法、低温固相法和电化学沉积法。溶胶-凝胶法制备的样品纯度高,但是受干燥条件的影响较大,易团聚。化学沉淀法可直接得到化学成分均一、分布均匀的粉体材料,但是对合成温度要求较高,也易发生团聚。低温固相法制备电极粉末改善了高温时产物粒子易快速生长、团聚的问题,但是存在接触不均匀、反应不充分的缺点。水热法简单、成本低,是目前制备粉末电极较为常用的方法。这些制备方法各有千秋,但是这类先制备出粉末再合成电极的方式不仅延长了工艺,而且不符合节能环保的原则,相比之下电沉积法可直接将二氧化锰沉积到基底上,操作简单且参数灵活可控。二氧化锰电极材料的改性问题一直颇受关注,目前掺杂和复合仍是改性方面较为常用的方法。例如向二氧化锰中掺杂少量的金属元素可以提高电极的导电性,而与某些导电聚合物复合则可以有效地解决二氧化锰因结构不稳定而易在电解液中溶解的问题。掺杂物质与复合材料的选择、掺杂和复合方式以及与二氧化锰材料的配比是获得高质量电极的关键。当前二氧化锰基超级电容器电极材料不仅仅只有二氧化锰这一种,而是结合了各种炭材料、复合材料或者金属及其氧化物等物质,组合形成多元复合材料以利用各组分的特点,这对优化电容器性能有很大的帮助。此外,学者们还发现电解液的选择对扩大超级电容器的电化学窗口、提高电容器能量密度和功率密度有很大的影响。本文简单介绍了二氧化锰基超级电容器的储能机理,综述了电容器电解液与电极的制备和改性研究现状,此外还介绍了二氧化锰基超级电容器的组装方式,并对未来的研究趋势提出了展望。     

炭气凝胶为电极的超级电容器的研究

采用低分子线性酚醛树脂-糠醛为原料通过溶液．溶胶-凝胶途径成功合成了炭气凝胶．探讨了结构对电化学性能的影响。采用直流循环法测定炭气凝胶为电极的超级电容器的电化学性能,结果表明,炭气凝胶电极在0．5mA充放电时电极的比电容为121F／g．充放电效率为95％．具有性能稳定、充放电效率高等优良性能。     

柔性超级电容器复合电极材料的研究进展

随着智能电子设备的不断更新换代,研发者们开始研制更加符合人们需求的电子设备,于是一种柔性可穿戴电子设备映入人们眼帘,柔性超级电容器作为一类便携式能量储存设备也受到了许多研究者的关注。其中电极是超级电容器的核心,而电极材料的选择又直接关乎超级电容器的储能本领和其它性能,于是决定力学性能及其电化学性能好坏的柔性电极材料是我们目前主要的研究对象。目前,超级电容器对电极材料的研究不仅限于某一种单一材料,重点集中在材料的复合化上,其中以掺杂改性电极材料的研究为多。首先介绍了超级电容器的性能特点和研究进展,其次重点概述了不同电极材料所具有的力学性能和电化学性能,最后对柔性电容器电极材料的研究进行了展望,希望能为柔性电容器的探究提供参考和借鉴。     

二氧化锰基超级电容器的电荷储能机理研究进展

碳基材料(如碳纳米管、石墨烯和介孔碳)是典型的电化学双电层超级电容器电极材料.虽然碳基材料表现出优异的电化学稳定性能,但其比电容较低.因此,常用赝电容材料与其复合.赝电容材料中,二氧化锰(MnO2)因理论比电容高、价格低、储量丰富和环境友好等特点,被广泛应用于超级电容器中.然而,MnO2导电性能差、在循环充放电过程中相...     

碳包覆改性二氧化锰电极材料的制备和性能

先以高锰酸钾(KMnO₄)和硫酸锰(MnSO₄·H₂O)为原料用电脉冲辅助氧化还原法制备二氧化锰(MnO₂)粉末,再以葡萄糖(C₆H₁₂O₆)为碳源用液相烧结法制备出不同碳包覆量的MnO₂/C复合材料,研究了碳包覆量对材料的形貌、结构和电化学性能的影响。结果表明,碳的加入使MnO₂晶型由γ型转变为α型,葡萄糖加热分解后生成无定型的碳覆着在二氧化锰颗粒的表面,抑制了晶粒生长而使晶粒细化。充放电测试结果表明,在葡萄糖浓度为1.5 g/L、电流密度为2 A·g^-1条件下二氧化锰的比电容为722.2 F·g^-1。与包覆二氧化锰前比较,包覆后比电容提高了64.6%。经过4000圈充放电循环后电容保持率为74.72%,表现出良好的电容特性和循环性能。     

Facile synthesis of tremella-like MnO2 and its application as supercapacitor electrodes

In this work, three kinds of ultrathin tremella-like MnO₂ have been simply synthesized by decomposing KMnO₄ under mild hydrothermal conditions. When applied as electrode materials, they all exhibited excellent electrochemical performance. The as-prepared MnO₂ samples were characterized by means of XRD, SEM, TEM and XPS. Additionally, the relationship of the crystalline nature with the electrochemical performance was investigated. Among the three samples, the product with the poorest crystallinity had the highest capacitance of 220 F/g at a current density of 0.1 A/g. It is thought that the ultrathin MnO₂ nanostructures can serve as promising electrode materials for supercapacitors.     

二氧化锰参比电极的制作及其性能评定

参比电极对检测钢筋混凝土中钢筋的电位至关重要,而应用于混凝土中的进口高性能参比电极的成本极高.为此,仿制了一种二氧化锰参比电极,并用常规电化学方法对其电位稳定性能进行测试.结果表明:在17.8 ℃、pH值为13.98的模拟孔隙液[0 6 mol/L KOH 0.2 mol/L NaOH 饱和Ca(OH)2]中,二氧化锰电极的电位稳定在60～80 mV,单个电极的电位波动不超过±5 mV; 10 μA电流阴、阳极极化时,电位波动不超过10 mV;温度变化时,电极电位变化小,可恢复.仿制的电极与国外商业二氧化锰参比电极的性能基本接近.     

Mn2O3纳米球的水热法合成及其应用

以CTAB作为模板剂,通过控制合适的浓度,得到尺度均匀的纳米级别的氧化锰颗粒,实验结果表明,当控制CTAB的浓度和反应物浓度在0．3mmol／L72．0．1mmol／L时,反应60min后得到的产物经过离心高温烘干后为均匀纳米球,形貌较为理想。将合成好的产物用于锂离子电池电极材料可得到较好的充放电效果。     

二氧化锰形貌对Ti3C2Tx@MnO2复合材料电化学性能的影响

以聚多巴胺(PDA)修饰的Ti₃C₂T_x为基体, 高锰酸钾(KMnO₄)为锰源, 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚乙二醇(PEG)为表面活性剂, 采用液相共沉淀法及水热法, 制备出四种不同形貌的Ti₃C₂T_x@MnO₂复合材料。通过FE-SEM、XRD、Raman、FT-IR、BET及电化学测试, 系统研究了纳米碎片状(δ-MnO₂)、米粒状(α-MnO₂)、纳米花球状(α-MnO₂)以及纳米线状二氧化锰(α-MnO₂)对Ti₃C₂T_x物相结构、电化学活性和电荷存储机理的影响。结果表明: 纳米线状MnO₂复合改性的Ti₃C₂T_x比表面积最大、电荷转移阻抗最小且循环稳定性最优, 在扫描速率为2 mV?s ^-1时的比容量达340.9 F?g ^-1, 比使用CTAB时高出近2.5倍。