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目 录

摘要 Ⅲ

Abstract Ⅳ

1 绪论 1

1.1引言 1

1.2超级电容器简介 2

1.2.1超级电容器的简单介绍 3

1.2.2 超级电容器的工作原理与分类 4

1.3 超级电容器电极材料 4

1.3.1 碳材料 4

1.3.2过渡金属（氢）氧化物材料 4

1.3.3 导电聚合物 5

1.3.4 复合材料 5

1.4 MnO₂电极材料的研究及发展 5

1.4.1 MnO₂的晶格结构 5

1.4.2 MnO₂的储能机理 6

1.4.3 MnO₂电极材料的研究现状 7

1.4.4 MnO₂复合电极的研究进展 8

1.5本文选题意义与研究内容 9

1.5.1 选题意义 9

1.5.2 研究内容 10

2 实验原料、设备及研究方法 11

2.1实验原料 11

2.2主要设备及仪器 11

2.3 材料制备方法 12

2.3.1 水热法制备样品 12

2.3.2 溶胶凝胶法制备样品 12

2.3.3 电极的制备 13

2.4 材料的物理性能表征 13

2.4.1 扫描电子显微镜 SEM 13

2.4.2 X-射线衍射 XRD 13

2.5 材料电化学性能表征方法及原理 14

2.5.1 循环伏安测试及其原理CV 14

2.5.2 恒电流测试及其原理(GCD) 14

2.5.3 电化学阻抗测试及其原理 14

3 不同形貌MnO₂的制备及性能研究 15

3.1不同形貌MnO₂的制备方法 15

3.2不同形貌MnO₂的微观形貌分析和晶体结构分析 16

3.2.1不同形貌MnO₂的微观形貌分析 16

3.2.2不同形貌MnO₂的晶体结构分析 18

3.3不同形貌MnO₂的电化学性能分析 18

3.3.1 电阻抗测试EIS分析 18

3.3.2 循环伏安测试CV分析 20

3.3.3 恒电流充放电（GCD） 21

4 MnO₂异质结构的制备及性能研究 22

4.1 MnO₂异质结构的制备方法 22

4.2 MnO₂异质结构的微观形貌分析和晶体结构分析 23

4.2.1 MnO₂异质结构的微观形貌分析 23

4.2.2 MnO₂异质结构的微观形貌分析和晶体结构分析 25

4.3 MnO₂异质结构的电化学性能分析 25

4.3.1电阻抗测试EIS分析 25

4.3.2 循环伏安测试CV分析 27

4.3.3 恒电流充放电（GCD） 28

5 结论与讨论 29

参考文献 29

致谢 31

MnO₂纳米复合结构的制备及超级电容器性能研究

李海蓉

，China

Abstract: With the rapid development of new energy, the super capacitor has become an excellent electrochemical energy storage system because of its large capacity, high power density and good stability. Among them, to prepare a good function of the super capacitor its electrode material is the key. In recent years, MnO₂ has attracted much attention due to its high theoretical capacity, environmental friendliness and economic applicability. However, the same MnO₂ conductivity is poor, and its actual capacitance is much lower than the theoretical value, which limits its practical application and remains further research. Therefore, this paper prepared by hydrothermal method and sol-gel method to prepare different morphology MnO₂(nano-flower, nanospheres, nanoparticles,etc.)and (MnO₂/MnWO₄, MnO₂/MnMoO₄, MnO₂/MnCo₂O₄,MnO₂/MnCo₂S₄) were synthesized. The microstructure and electrochemical properties of the composites were investigated by XRD,SEM, CV, EIS and GCD. Analysis of microstructure changes and the effect of composite materials on the electrochemical properties, thereby improving the performance of MnO₂, Among them, the specific capacity of MnO₂ nanospheres was 277.5 F/g at 100 mV/s scanning rate and the specific capacity of MnO₂/MnMoO₄ is 493.75 F/g at 100 mV /s.

Key words: supercapacitor; MnO₂; electrochemical performance.

1 绪论

1.1引言

近些年来纵观全球，科技在突飞猛进的发展，人们的生活在日新月异的改变着。能源及材料将成为未来世界发展的重头戏，而传统的能源材料已不太能满足人类社会的高速发展和现代生态社会的倡导需求。其一，因为燃料是不可再生的能源，使用掉一部分就永远减少一部分，并且据最新检测结果显示现在的传统能源储备状况相当不乐观。2016年6月英国BP公司发布的世界能源权威统计数据报告表明，石油是全球最重要的燃料，占寰球能源消费的32.9 %。其二，由于使用传统燃料而带来的环境污染越发严重，去年中国数多城市遭受雾霾问题的困扰。同时观察形势能源问题已被各国政府提到战略发展重要位置，各国都在努力寻找新型，高效，环保，可再生的可靠能源，现在备选名单里的有太阳能、地热能、风能、潮汐能等。而想要更好的发展可再生能源则需要高性能，低成本和环保型的能源存储设备。

在能量消耗的日益增加的大环境下，能量存储已吸引了全球规模的集中关注。电化学电容器也称为超级电容器已被广泛接受，作为新一代有希望的电化学能量储存系统。电化学电容器具有高功率密度和长周期稳定性受到更多关注，优于介质电容器和电池。超级电容器可以为许多电气设备提供的高功率和不间断的电源。因此，超级电容器是集电池和传统电容器优点于一身，拥有长的循环寿命，高功率密度，以及高能量功率的能力，快速充放电性能和环境友好性。目前^[1]，商用超级电容器可以应用于各种领域，包括消费电子，记忆备用系统，公共交通和便携式电子设备，航天航空，军事科技产品以及其混合动力汽车等多方面。

1.2超级电容器简介

1.2.1超级电容器的简单介绍

在现代电子工业中，电池与电动车和便携式电子设备扩大，可再生和可持续能源正在快速增长速度。所以督促着转化装置和电化学能量储存的研究，许多研究集中在开发环境友好型的能源存储系统，如超级电容器，燃料电池和锂离子电池。作为新兴储能器件，超级电容器吸引了更多的兴趣，因为循环寿命长和功率能力比较高，快速充放电性能和环境友好。在高性能的超级电容器的开发过程中，成功的关键是电极材料。超级电容器，也称为电化学电容器。一般来说^[2]，超级电容器可以分为两部分类型根据电荷存储机制：电双层电容器（EDLCs）和赝电容器EDLC，电能通过扩散储存在界面处的静电荷积累电极和电解质，如碳基材料、活性炭（AC）、石墨烯和碳纳米管通常用作EDLCs的电极材料；相比之下，赝电容器主要由法拉第氧化还原法控制反应，其具有高得多的比电容，因为过渡金属氧化物的低成本、低毒性、环境友好性和多个氧化态，所以过渡金属氧化物被广泛考虑作为赝电容器的最佳的候选者。

1.2.2 超级电容器的工作原理与分类

超级电容器的组成部分=电极 电解质 隔膜。其中电极材料主要是电极活性材料。其组成结构如图1-1。

图1-1电容器组成结构

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