超级电容器用炭气凝胶/MnO2的制备与性能研究

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超级电容器拥有功率密度高、充放电速度快、循环稳定性好等优点,近年来引起了人们的广泛关注,电极材料是决定超级电容器性能的关键因素。目前超级电容器的研究重点是提高电极材料的比容量,从而达到提高超级电容器储能能力的目的。炭气凝胶是一种新型轻质纳米多孔非晶态炭材料,具有高比表面积(400m2/g~1000m2/g)、可控的孔径分布(<100nm)和较高的电导率(>25S/cm)等特点,作为超级电容器电极材料具有广阔的前景。二氧化锰纳米晶体因其具有独特的化学和物理性质,在超级电容器方面拥有广泛的应用。由于二氧化锰的电化学性能受到材料尺寸和形貌的影响,因此,研究不同尺寸、形貌的二氧化锰纳米晶体是十分必要的。  本文使用苯二酚和甲醛为原料,氢氧化钠为催化剂,通过溶胶—凝胶过程和常温常压干燥的方法制备 RF炭气凝胶,考察了炭气凝胶为电极材料的超级电容器的电化学性能。另外采用水热法,以高锰酸钾为原料,在不需要模板和表面活性剂的情况下,加入各种添加剂,制备合成了具有不同形貌的二氧化锰纳米结构,并在不同的反应时间、反应温度的情况下,合成了不同的产物形貌。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等表征手段对这些二氧化锰纳米晶体样品进行了结构、表面形貌和晶体学性质等方面的分析,并考察了这些二氧化锰的电化学性能。  对比研究发现通过调节反应的温度可以控制片层 MnO2向线状 MnO2的相转变。通过以上不同的实验条件可以发现,MnO2的纳米晶体结构会随着反应温度的变化而变化。  用薄片球层状结构的 MnO2和纳米线状结构的 MnO2作为电极材料,制备成超级电容器,并对其电化学性能进行了对比。结果发现,不同形貌的 MnO2材料的电化学性能有所不同,有着最大比表面积(146.49 m2/g)的纳米多片层结构的储能性能最好。
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