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《哈尔滨工程大学》 2010年
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碳/氧化锰复合材料的制备及电化学性能研究

闫俊  
【摘要】:21世纪,能源问题无庸置疑是一个巨大的挑战。随着全球变暖等气候问题的日益严峻以及常规化石燃料的日益枯竭,这不仅要求人们要加快开发清洁、可持续和可再生的能源以及有效控制二氧化碳等温室气体的排放,而且要求人们发展更加先进的能量存贮和控制装置,从而满足世界范围内的能源需求。超级电容器能够提供短暂但是极高的功率,很可能成为下一代最重要的能源存储装置。开发和研制一种先进的超级电容器,高容量的活性电极材料是不可缺少的。本文采用不同的合成方法制备了不同微观形貌的氧化锰、碳/氧化锰以及碳/聚苯胺复合材料并将其用作超级电容器电极材料,通过XRD、SEM、TEM、Raman、XPS等技术对其微观结构和形貌进行了分析,通过循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等测试方法对其电化学性能进行了研究。 本文分别采用微波法和水热法制备了具有不同微观形貌的MnO2并考察了微观形貌对MnO2电化学性能的影响。实验结果表明,与微波法制备的棒状MnO2相比,水热法制备的层状结构的MnO2具有较好的电化学性能,其最高比容量为242 F·g-1,功率密度最大可达10.4kW·kg-1,200次循环后比容量增加了8.1%。 为了改善Mn02的导电性,我们采用水热合成的方法制备了纳米石墨片(GNPs)/MnO2复合材料,同时又采用微波法制备了碳纳米管(CNTs)/MnO2复合材料及石墨烯(graphene)/MnO2复合材料,考察了不同碳载体对复合材料微观结构和电化学性能的影响,并研究了合成机理。GNP/MnO2复合材料中MnO2是由α-MnO2和γ-MnO2组成的混晶,其比容量(基于MnO2)随着复合材料中纳米石墨片含量的增加而单调增加,最大比容量为276.3 F·g-1,当复合材料中纳米石墨片的含量仅为10%时,复合材料的比容量(基于复合材料)可达158 F·g-1。CNT/MnO2复合材料中MnO2为层状结构的birnessite-MnO2,并且复合材料中MnO2的含量随着初始反应物KMnO4含量的增加由15%增大至57%。对于CNT-15%MnO2复合材料,当扫描速度为1mV·s-1时电极的比容量(基于MnO2)为944 F·g-1(理论比容量的85%),在500mV·s-1时的比容量仍达522 F·g-1。对于CNT-57%MnO2复合材料,最高比容量(基于复合材料)为239.1F·g-1。当能量密度为25.2 Wh·kg-1时功率密度为45.4W·kg-1。石墨烯/Mn02复合材料中Mn02为具有层状结构单斜晶系的birnessite-MnO2,MnO2的晶粒尺寸较小(5-10nm)且粉末近似无定形,纳米级的MnO2粒子分散在石墨烯纳米片的表面,并且优先在石墨烯纳米片的边缘部分生长。graphene-78%MnO2复合材料的最高比容量(基于复合材料)为310 F·g-1,当扫描速度增加至500 mV·s-1时比容量仍可达228 F·g-1。据我们所知,这是目前为止报道的C/MnO2复合材料中比容量的最高值。复合材料在较宽的电压扫描范围内具有较高的电容保持率,当扫描速度为100mV.s-1时,电容保持率为88%,在500 mV·s-1时仍能保持在74%,500次循环后复合材料的比容量仅衰减了1.5%。 另外,我们还尝试以石墨烯作为沉积载体通过原位聚合的方法成功制备了石墨烯/聚苯胺复合材料,聚苯胺纳米粒子(-2 nm)均匀地包覆在石墨烯纳米片的表面。复合材料的最高比容量(基于复合材料)为1046 F·g-1,当功率密度为70 kW·kg-1时能量密度为39 Wh·kg-1。但是随着扫描速度的增加,其电容保持率显著降低,并且电极的电化学循环性能较差。 最后,为了解决石墨烯/聚苯胺复合材料循环性能较差的问题,向石墨烯/聚苯胺复合材料中引入1%的碳纳米管,聚苯胺纳米粒子优先在石墨烯纳米片的表面生长。石墨烯/碳纳米管/聚苯胺复合材料的最高比容量(基于复合材料)为1035 F·g-1,1000次循环后比容量较初次循环仅衰减了6%,而石墨烯/聚苯胺和碳纳米管/聚苯胺复合材料分别衰减了52%和67%。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB333

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1 王刚;金属化合物—碳类复合材料的制备及其用作锂离子电池负极的研究[D];西北大学;2012年
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1 孙天一;纳米石墨/泡沫镍阴极的制备及电化学降解苯酚的研究[D];黑龙江大学;2013年
2 马伟;垂直取向石墨烯的常压制备及储能应用基础研究[D];浙江大学;2014年
【参考文献】
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1 张治安,邓梅根,胡永达,杨邦朝;电化学电容器的特点及应用[J];电子元件与材料;2003年11期
2 刘希邈;张睿;詹亮;龙东辉;乔文明;杨俊和;凌立成;;炭气凝胶/活性炭复合电极在有机电解液体系双电层电容器中的阻抗(英文)[J];新型炭材料;2007年02期
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1 殷金玲;凝胶聚合物电解质超级电容器的研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
【共引文献】
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1 任慧;焦清介;崔庆忠;;膨胀石墨干扰8毫米波特性研究[J];兵工学报;2006年06期
2 于仁光,乔小晶;纳米复合材料——可膨胀石墨的合成及应用[J];材料导报;2003年S1期
3 张治安;王姣丽;赖延清;李劼;;非对称电化学电容器负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究进展[J];材料导报;2008年09期
4 魏兴海;刘朗;张金喜;史景利;郭全贵;;一种制备膨胀石墨的新方法及其压制品的性能研究[J];材料工程;2007年S1期
5 褚颖;刘娟;方庆;蒋利军;;碳材料石墨烯及在电化学电容器中的应用[J];电池;2009年04期
6 叶晓燕;王艳芝;宋海燕;孙卓;何品刚;方禹之;;直立碳纳米管超级电容器的研究[J];电化学;2008年01期
7 任慧;焦清介;沈万慈;张同来;;干扰毫米波的膨胀型石墨层间化合物[J];弹箭与制导学报;2004年S4期
8 刘成印;李强;薛安忠;王雪琪;;超级电容直流操作电源[J];电力自动化设备;2008年11期
9 杜鑫;刘勇;;控制电位脉冲电沉积法制备析氢Ni-S电极[J];电镀与精饰;2011年11期
10 杨全红;唐致远;;新型储能材料——石墨烯的储能特性及其前景展望[J];电源技术;2009年04期
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1 胡永达;袁洁;卢云;杨邦朝;徐蓓娜;;改性纳米氧化锰超级电容器电极材料的研究[A];中国电子学会第十四届电子元件学术年会论文集[C];2006年
2 樊金河;;一种贱金属电化学电容器的研制及特性分析[A];中国电子学会第十五届电子元件学术年会论文集[C];2008年
3 徐雪菲;王玮;贺本林;孙明亮;刘兰;王敏;邹武元;;相转变法制备PVDF/PDHA多孔型凝胶聚合物电解质[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
4 周强;;膨化石墨油品及其磁场润滑增效作用[A];第二届全国工业摩擦学大会暨第七届全国青年摩擦学学术会议会议论文集[C];2004年
5 魏海博;陈一民;谢凯;;高比表面积椰壳活性炭电极材料研究[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2012学术交流会议论文(摘要)集[C];2012年
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1 李红娟;LDHs基纳米复合材料的制备及其电容性能研究[D];陕西师范大学;2010年
2 杜海军;石墨烯和荧光碳纳米颗粒的制备及其电化学特性的研究[D];华南理工大学;2010年
3 哈里德;几种锰氧化物纳米材料的合成、表征及其在颜料催化降解中的应用[D];华中科技大学;2011年
4 郎俊伟;用于超级电容器的金属氧化物及其复合电极材料的制备与性能研究[D];兰州理工大学;2010年
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7 杨娟;超级电容电池用炭类负极材料制备及性能研究[D];中南大学;2010年
8 方明;石墨烯基纳米复合材料的制备及性能[D];复旦大学;2011年
9 黄舒;基于碳纳米管、层状双氢氧化物的聚合物纳米复合材料的制备、结构与性能研究[D];复旦大学;2011年
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4 姜遵群;分级纳米结构的聚苯胺及其复合物的制备与电化学性能[D];华东理工大学;2011年
5 温祝亮;石墨烯修饰电极材料的制备及其应用[D];江南大学;2011年
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1 孙治荣;葛慧;张晓光;彭永臻;;不同基体材料的载钯修饰电极的制备及比较[J];北京工业大学学报;2008年12期
2 武明昊;陈剑;王崇;衣宝廉;;锂离子电池负极材料的研究进展[J];电池;2011年04期
3 杨常玲;刘云芸;孙彦平;;石墨烯的制备及其电化学性能[J];电源技术;2010年02期
4 任建国;闫润宝;何向明;蒲薇华;赵海雷;;锂离子电池锡-碳复合负极材料的研究进展[J];电源技术;2011年02期
5 张丽娟;王艳飞;王岩;李钒;;锂离子电池金属氧化物负极材料的研究进展[J];电源技术;2011年07期
6 张治安,邓梅根,胡永达,杨邦朝;电化学电容器的特点及应用[J];电子元件与材料;2003年11期
7 刘栓;邓安平;赵小蓉;陈登霞;何燕;李瑞萍;黄应平;;MnO_2@Graphite电极类电Fenton降解有毒有机污染物[J];环境科学与技术;2011年10期
8 林道汉,许绍权;绿色氧化剂过氧化氢[J];化学教育;2000年10期
9 徐夫元;李星;祝社民;陈英文;宋天顺;沈树宝;;C/PTFE气体扩散电极的制备及其在电合成过氧化氢中的应用[J];功能材料;2008年10期
10 任富忠;高家诚;谭尊;;碳纤维增强镁基复合材料的界面研究进展[J];功能材料;2009年12期
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1 苏昌华;α-Fe_2O_3微/纳米材料的控制合成、生长机理与储氢性质研究[D];西北大学;2011年
2 张晶;基于介孔碳载体的高容量超级电容器复合电极材料的制备及性能研究[D];兰州理工大学;2010年
3 邹文斌;几种无机纳米粒子/(氧化)石墨烯复合材料的制备及性能研究[D];南京理工大学;2011年
4 刘艳;Co_3O_4基负极材料的制备、表征及性能研究[D];南京航空航天大学;2009年
5 杨晓伟;石墨烯基高性能电化学储能材料研究[D];上海交通大学;2011年
6 周复;新型锂离子电池材料的制备及性质研究[D];中国科学技术大学;2006年
7 杨波;基于钯修饰电极的多氯联苯电催化还原脱氯研究[D];清华大学;2007年
8 周友元;锂离子电池复合炭负极材料的制备及性能研究[D];中南大学;2008年
9 黄小华;纳米复合化对锂离子电池NiO负极材料电化学性能的改善[D];浙江大学;2009年
10 杨常玲;超级电容器炭基电极材料制备及其电容性能研究[D];太原理工大学;2010年
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1 王尚平;几种化合物微/纳米结构的形貌可控合成与表征及其光学性能研究[D];江西师范大学;2010年
2 陈文权;基于石墨烯纳米光催化复合材料的制备与性能研究[D];信阳师范学院;2011年
3 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年
4 高铭晶;过渡金属/碳催化电极降解酚类污染物的研究[D];黑龙江大学;2011年
5 秦振林;钯修饰阵列碳纳米管电极对多氯联苯的电还原脱氯[D];大连理工大学;2008年
6 沈丽英;乙二胺还原法制备纳米石墨烯[D];南京理工大学;2009年
7 吴娟;膨胀石墨改性复合物电极的制备及其降解有机物的研究[D];黑龙江大学;2010年
8 尹小斌;几种稀土纳米材料的合成及性能研究[D];中国科学技术大学;2010年
9 强沥文;纳米石墨的制备及电化学降解有机污染物的研究[D];黑龙江大学;2012年
10 曹军;NH_4Cl和NH_4Br晶体中自陷态激子的辐射光谱和V_k心的吸收光谱研究[D];南京师范大学;2004年
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1 姚晓林,李学良;γ-Mo_2N的制备及其电化学性能研究[J];安徽化工;2002年02期
2 赵东林,李学良;三氧化二铬添加剂对氮化钼电极性能影响的研究[J];安徽化工;2004年04期
3 王芳;吴锋;毛立彩;邹磊;刘永;陈实;;聚合物凝胶电解质叠层镍氢电池的研究[J];材料导报;2005年07期
4 汪形艳,王先友,黄伟国;溶胶-凝胶模板法合成MnO_2纳米线[J];材料科学与工程学报;2005年01期
5 张国庆,张校刚;碱性固态Zn/MnO_2电池研究[J];电池;2004年03期
6 李俊;王先友;黄伟国;汪形艳;黄庆华;;超级电容器用MoO_3/AC复合电极的制备[J];电池;2005年06期
7 海永强;张文峰;王碧燕;曹高萍;;超级电容器用活性炭的制备及性能[J];电池;2006年02期
8 郑伟;胡信国;张翠芬;;胶态电解质锂硫电池电化学性能研究[J];电池工业;2005年06期
9 王晓峰,解晶莹,孔祥华,刘庆国;“超电容”电化学电容器研究进展[J];电源技术;2001年S1期
10 刘操,邓正华,万国祥;碳纳米管/活性炭复合电极的电容特性[J];电源技术;2002年01期
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1 闪星;纳米氧化物的制备及在超级电容中的应用[D];哈尔滨工程大学;2002年
2 李胜军;尖晶石型LiMn_2O_4及LiM_xMn_(2-x)O_4的合成与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
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3 杨军;依捷邦A的化学性能与应用[J];日用化学工业;1988年02期
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1 闫金英;;聚合物基复合材料的特性[A];晋冀鲁豫鄂蒙川云贵甘沪湘十二省区市机械工程学会学术年会论文集(河南分册)[C];2005年
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5 吕学超;张永彬;鲜晓彬;李科学;唐凯;;铀表面Al,Al\Ti镀层的界面特性[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
6 王艳丽;苏克和;王欣;刘艳;;金刚石晶体掺杂B、N、P、Al、Si的abinitio研究[A];中国化学会第27届学术年会第14分会场摘要集[C];2010年
7 俞勇;刘柯钊;蒋春丽;伏晓国;;铀铌合金与氧气初期反应的XPS研究[A];中国工程物理研究院科技年报(1998)[C];1998年
8 翟学良;赵爱东;伊赞荃;;利用“假象”技术制备氧化镁晶须[A];2005年中国镁盐生产节能降耗、利用新能源高峰研讨会论文集[C];2005年
9 陆雯;王建华;邓建国;;PU/VER IPN阻尼支撑材料性能[A];中国工程物理研究院科技年报(1999)[C];1999年
10 董久樟;;翻转内衬的机械物理性能实验和计算分析[A];第一届中国城市地下工程非开挖技术研讨会论文集[C];2004年
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1 ;锌的性质与用途[N];期货日报;2007年
2 ;十年磨一剑真情铸辉煌[N];中国国门时报;2005年
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4 ;特种钙塑箱油墨[N];中国包装报;2003年
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9 武文艳;锂离子电池正极材料Li_3V_2(PO_4)_3/rGO的合成及其电化学性能的研究[D];华中师范大学;2014年
10 赵震;新型锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的制备改性及电化学性能研究[D];华东理工大学;2014年
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