超级电容器二氧化锰电极材料的进展

综述了二氧化锰( MnO2)的主要制备技术(如液相沉淀法、溶胶-凝胶法、电化学沉积法、低温固相法和水热法等)及修饰改性(如掺杂和复合)的进展和存在的主要问题,展望了高性能MnO2电极材料的发展前景.     

石墨烯/镍掺杂二氧化锰复合材料的电化学性能

通过液相共沉淀法制备了石墨烯/镍掺杂二氧化锰(MnO2)复合材料。用XRD、SEM分析复合材料的微观结构和表面形貌,用恒流充放电、循环伏安及交流阻抗研究复合材料的电化学性能。镍掺杂的Mn O2为α-MnO2,粒径约为50 nm。复合材料具有良好的电化学性能,在电解液2 mol/L KOH中0.5 A/g、-0.2~0.8 V时的比电容达到319 F/g,循环伏安测试结果表明,电化学可逆性较好。     

溶胶-凝胶法制备超级电容器用二氧化锰

用溶胶-凝胶法制备超级电容器用二氧化锰(MnO2)电极材料,研究pH值、干凝胶焙烧温度对产物的影响。制备的MnO2为直锰矿型,晶体呈纤维丝状,颗粒结构松散、内部孔道较大,有利于电子传输和离子扩散。在pH值为8.0、干凝胶焙烧温度为350℃时制得的MnO2性能最好。以0.5 mol/L Na2SO4为电解液,制得的MnO2组装电容器,以66.5 mA/g的电流在0~0.8 V进行恒流充放电,比电容达169.05 F/g。     

低温固相法制备二氧化锰/活性炭复合材料

采用低温固相法制备了超级电容器用二氧化锰(MnO2)/活性炭(AC)复合材料,用XRD、SEM、循环伏安(CV)和恒流充放电测试研究了掺杂量对产物性能的影响。产物的粒径为1～10μm。AC的最佳掺杂量为7%,在0～0.8 V充放电,该样品的100 mA/g首次放电比电容为375 F/g,第100次和1 000次300 mA/g循环的放电比电容分别为99 F/g和74 F/g。     

二氧化锰电容材料的制备及性能表征

采用机械化学法制备了高比容量MnO2电容材料,考察了高锰酸钾与乙酸锰配比对样品结构及电化学性能的影响。用XRD、BET等方法对材料的结构进行了表征;用循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等方法分别研究了MnO2电极和超级电容器在6mol／LKOH水系电解液中的电化学性能。结果表明,原料中高锰酸钾含量越多,产物比表面积越大,表现出弱结晶性;当原料物质的量配比为1：1时,所得样品为385m^2／g的无定型MnO2,其电极最大放电容量达到了536F／g。     

石墨烯/线状二氧化锰的合成及性能

在300℃下、空气气氛中还原氧化石墨(GO),制得石墨烯(GN),并与二氧化锰(MnO_2)复合,在异丙醇溶液中制备GN/MnO_2复合材料。通过XRD、场发射扫描电子显微镜和高分辨拉曼光谱等方法,对产物进行分析。热还原制备的GN为薄的片层状结构;复合材料中,线状MnO_2在片层状GN表面生长。用循环伏安和恒流充放电测试产物的电化学性能。在1 mol/L Na_2SO_4电解液中,当电流为100 mA/g、电位为0~0.8 V时,GN和MnO_2的比电容分别为108 F/g和119 F/g,复合材料的比电容为181 F/g。     

微波水热法制备二氧化锰/石墨烯复合材料

用微波水热法,以乙醇作为还原剂,在60℃下加热4h,一步制备二氧化锰(MnO2)/石墨烯复合材料.通过XRD、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电镜(TEM)等方法对产物进行分析,发现MnO2较好地分散在石墨烯表面.通过循环伏安和恒流充放电研究了产物的电化学性能:以100 mA/g的电流在0～0.8 V(vs.SCE)循环,制备的MnO2/石墨烯复合材料在1 mol/L的Li2 SO4中的比电容为195 F/g.     

直接还原高锰酸钾制备CNT/MnO2复合材料

直接还原高锰酸钾(KMnO4)制备了碳纳米管(CNT)/MnO2复合材料。用XRD、SEM和TEM等对复合材料进行形貌和结构分析,发现MnO2均匀地包覆在CNT表面。循环伏安、恒流充放电测试表明,复合材料的比电容较高,循环性能良好,以1 A/g、20 A/g放电的比电容分别为200.3 F/g和120.8 F/g,第2 000次循环(20 A/g)时的电容保持率为94.7%。     

超级电容器用MnO_2基纳米复合材料的进展

介绍二氧化锰(MnO_2)的结构及储能机理,综述近年来MnO_2作为赝电容材料,通过不同材料改性,以提高电化学性能的研究进展。这些材料主要有碳材料、导电聚合物、金属和金属氧化物/硫化物等。展望由MnO_2基纳米复合材料构建的核壳结构的发展趋势。     

机械化学法制备超级电容器材料MnO2

采用机械化学法制备了MnO2粉末,用XRD、SEM和BET等方法对产物的结构与表面形貌进行研究,用循环伏安、恒流充放电等方法对产物的电化学性能进行测试.产物为微米级(5～10μm)的单相弱结晶α-MnO2,比表面积为241 m2/g.MnO2电极比电容下降的原因有两种:前60次循环中,是双电层不稳定引起的;经过780次循环后,是电化学惰性物质Mn3O4生成引起的.MnO2电极在200mA/g和500mA/g的电流下,首次循环的比电容分别为524 F/g和404 F/g.     

纳米二氧化锰超级电容器电极研究

采用液相法制得菊花状形貌的纳米MnO2电极材料,并组装成对称型超级电容器。采用0.8V电压,在不同电流密度下分别对超级电容器进行了恒电流充放电测试,旨在研究正负极对超级电容器充放电性能的影响。结果发现,正负极的电荷储存机制不同,其中正极对电容器电压的影响起主要作用,在0.43～0.49V(vsHg/HgO)以及0.40～0.33V(vsHg/HgO)范围内发生了电化学反应,而负极则表现稳定。随着电流密度的增大,正极电压范围从0.54V下降到0.52V;负极电压范围则从0.26V增加到0.28V;正、负极以及电容器电阻均有所下降,超级电容器从4.29Ω下降到2.80Ω,正极从0.94Ω下降到0.76Ω,负极从1.30Ω下降到0.97Ω。超级电容器及电极的自放电分两部分进行,在高电位范围内由紧密层电荷快速扩散的线性放电速率变化以及在低电位范围内由分散层扩散决定的慢速线性放电速率变化。     

二氧化锰改性石墨烯电极材料的电化学性能

用二氧化锰对改进的Hummer法制备石墨烯,并进行改性处理,以改善其作为电化学电容器电极材料的电化学性能.采用XRD研究其晶体结构,用循环伏安、交流阻抗、恒定电流充放电等电化学方法研究了改性石墨烯电极构成的电化学电容器的性能.结果表明:经过二氧化锰改性后的石墨烯材料电化学电容效应明显,并具有法拉利赝电容.对其进行充放电...     

悬浮电解法制备锰酸锂用掺铝二氧化锰

将纳米氧化铝(Al₂O₃)加入硫酸锰(MnSO₄)溶液中,形成Al₂O₃均匀分散的体系,再加到酸性MnSO₄溶液中,通过悬浮电解法制备掺铝(Al)二氧化锰(Al-MnO₂)。研究Al₂O₃加入量、硫酸(H₂SO₄)含量和电流密度对MnO₂掺Al含量的影响。悬浮电解法制备的MnO₂中,Al含量可达1.05%。与固相球磨法合成掺Al锰酸锂(LiMn₂O₄)相比,以悬浮电解法制备的Al-MnO₂为原料合成的LiMn₂O₄的工艺更简单,产物性能更好。以1 C在3.0～4.2 V循环100次,放电比容量提升近10%。     

廉价模板法制备介孔MnO2的电化学电容性质

以国产嵌段共聚物P123为模板剂制备了介孔氧化硅模板KIT-6,利用“反相复制法”制备出具有介孔结构的二氧化锰电极材料。BET测试结果表明,所制备KIT-6和二氧化锰的BET比表面积分别为821．7m^2／g和137m^2／g,孔径分布分别集中在2．67nm和3．67nm,其孔容分别为0．52cm^3／g和0．39cm^3／g。循环伏安,交流阻抗以及恒电流充放电测试表明用所制介孔二氧化锰制备的电极有很好的电化学电容性能,首次放电容量可达295F／g,远高于直接分解Mn（NO3）：所制得的MnO2,并且其复平面图表现出典型的电容特征。因此,采用该法制备的这种介孔结构的MnO2能够用来制作电化学电容器电板,并且保持较高的比电容量和良好的电容性能。     

Fe掺杂二氧化锰纳米棒的制备及其电化学性能

采用回流法以KMn O4和Mn SO4为前驱体,硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]为铁源,制备出Fe掺杂的Mn O2纳米棒。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜对样品的结构和形貌进行表征,并使用循环伏安法、恒电流充放电法研究了样品的电化学性能。结果表明:当使用合适量的(NH4)2Fe(SO4)2时,制备出直径约为80 nm,长度为0.8~2μm的Fe掺杂Mn O2纳米棒。作为电极材料,Fe掺杂Mn O2纳米棒表现出良好的电化学性能,在1.0 A/g电流密度下,比电容达到620 F/g,比相同条件下纯Mn O2的容量高出56%。     

分散剂对MnO_2/AC电化学电容性能的影响

添加不同系列的聚乙二醇(PEG)分散剂,采用化学混合法制备了MnO2/AC(活性炭)复合材料.应用X射线衍射、恒流充放电、交流阻抗和循环伏安等方法研究了各分散剂对产物结构与电化学性能的影响.实验结果表明,分散剂聚乙二醇(PEG)的聚合度对MnO2/AC复合材料的比电容和循环寿命有显著的影响,其中PEG400作为分散剂制备的复合材料具有最好的电化学电容行为.以PEG400制得的复合材料为正极,活性炭为负极组成超级电容器,在电流密度为100 mA/g条件下,MnO2/AC复合材料的比电容达366 F/g,且经500次充放电循环后容量仍保持在94%以上,显示出该复合材料具有良好的超电容特性.     

超级电容器用MnO_2电极材料的研究进展

介绍了MnO2的结构以及储能机理,重点综述了MnO2电极材料的制备及改性研究进展,并指出了MnO2电极材料今后的研究方向。