碳纳米线圈—二氧化锰复合材料的制备及其电化学特性的研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cbir
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超级电容器是一种新型能源存储器件,具有充放电效率高、功率密度大、环保和维护费用低等特点,具有广阔的应用前景。目前,超级电容器的技术开发主要集中于电极材料的研究。碳基材料、金属氧化物和导电聚合物是当前超级电容器主要的电极材料。但是,碳基材料电容性不足、金属氧化物电化学稳定较差和导电聚合物的自然危害性都限制了超级电容器的应用。因此,合成一种具有良好的稳定性、低阻抗、高比电容和无污染的电极材料成为超级电容器发展的主要方向。本论文的主要目的是制备一种稳定性好、阻抗低和比电容较优良的碳纳米线圈(CNC)/二氧化锰(Mn02)复合材料作为超级电容器的电极。CNC作为具有特殊三维螺旋结构的纳米碳材料,具有多项优异的性质,比如场发射特性、机械特性、光热电学特性、电化学特性和均匀的分散性。MnO2则具有较高的比电容值和较低的阻抗。CNC/MnO2复合材料是将两种纳米材料的优势协同结合起来,同时避免了CNC在电容性方面、Mn02在稳定性方面的不足。本文首先研究了一种简单高效的水热法生长三维的CNC/MnO2复合材料,并且使用了不同的方法对CNC的表面进行改性,研究了不同的表面处理方法对CNC复合Mn02的影响。通过研究,发现使用5M硝酸溶液处理CNC的表面,可以在CNC表面生长大量的晶须状的纳米MnO2。本文还研究了在CNC的表面生长晶须状纳米Mn02对CNC的电化学特性的影响。实验结果表明:在CNC的表面均匀地生长着晶须状的纳米Mn02,纯的CNC在扫描速率为10mV/s时得到42F/g的比电容,CNC/MnO2复合材料在同等条件下作为超级电容器电极所获得的最高比电容为387F/g。与其他复合纳米MnO2的碳基材料相比,由于CNC/MnO2复合材料的电化学特性较优良,CNC/MnO2复合材料被视为超级电容器电极材料最有前景的候选之一。
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