超级电容MnO2电极材料的制备及性能研究

1、u答辩人：谢有珑u班级:100125u学院：材料科学与工程学院u指导老师：张国光探索循环伏安法制备二氧化锰电极的最佳工艺研究二氧化锰电极的电化学性能研究热处理对二氧化锰电极性能的影响研究掺杂Co元素对二氧化锰电极性能的影响本文采用电沉积法中的循环伏安法在含有Mn2+离子的电解液中在泡沫镍基体上直接生长二氧化锰扫描时间分别为200s、400s、600s、800s，分别制得样品t1、t2、t3、t4在不同Mn2+浓度的电解液和不同扫描速率下制备15批样品制备4批样品，150oC、200oC、250oC、350oC加热保温2h在同时含有Mn2+和Co2+离子的电解液中制备掺杂Co的二氧化锰电极循环伏

2、安测试恒流充放电测试交流阻抗谱测试循环性能测试膜层厚度对二氧化锰比电容影响u比较不同膜厚二氧化锰薄膜电极比电容，可知膜层厚度对比电容影响较小1.01.52.02.53.03.54.0203040506070 比电容( F/g)膜层质量(mg)最佳扫描速率和锰离子浓度确定 扫描扫描速率速率Mn2+ 浓度浓度10mv/s20mv/s30mv/s 40mv/s 50mv/s0.20mol/L60555553400.25mol/L60676159600.30mol/L4758504550调整扫描速率和锰离子浓度，获得15批不同制备条件下的电极，通过比较其比电容确定最佳扫描速率20mv/s，最佳锰离子浓

3、度0.25mol/L循环伏安分析沉积过程中不同扫描段的CV曲线不同扫描速率下二氧化锰电极CV曲线0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.10.020.010.00-0.01-0.02-0.03 i/AE/v 2nd cycle 30th cycle 43th cycle0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.10.0100.0050.000-0.005-0.010-0.015 i/AE/v123451-10mv/s2-20mv/s3-30mv/s4-40mv/s5-50mv/s恒流充放电分析不同电流密度下充放电曲线大电流充放电比容量衰减情况010203040

4、50600.00.20.40.60.81.0 E/vT/sabca-5A/gb-4A/gc-3A/g1015202530051015202530354045505560 C/( F/g)i/( A/g)交流阻抗谱分析12345678-202468 -Z/OhmZ/Ohm1.52.02.53.03.5-2.0-1.5-1.0-0.50.00.51.01.52.0 Z/OhmZ/Ohm循环性能分析-恒流充放电分析在5A/g的电流密度下进行200次恒流充放电前后充放电曲线对比,二氧化锰比容量衰减5%。05101520250.00.20.40.60.81.0 E/vi/A 循环前 循环后循环性能分析-

5、交流阻抗谱分析l循环后电极法拉第电阻和等效串连电阻都有所增加12345678-202468 -Z/OhmZ/Ohm 循环前 循环后234-2-10123 -Z/Ohm Z/Ohm热处理对二氧化锰电极性能影响 热处理前后二氧化锰质量变化热处理前膜层质量热处理前膜层质量（mg）热处理后膜层质量热处理后膜层质量（mg）变化量变化量T1502.72.57.4%T2002.82.67.1%T2502.21.913.6%T3502.52.116.0%热处理后二氧化锰有一定的质量损失，热处理温度越高损失越大热处理对二氧化锰电极性能影响-循环伏安分析不同温度下热处理前后CV曲线对比图0.20.30.40.50

6、.60.70.80.91.01.11.20.0150.0100.0050.000-0.005-0.010-0.015 i/AE/vaba-热处理后b-热处理前150oC0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.10.0100.0050.000-0.005-0.010-0.015-0.020 i/AE/vaa-热处理后b-热处理前b200oC0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.10.0150.0100.0050.000-0.005-0.010-0.015-0.020 i/AE/vaba-热处理后b-热处理前250oC0.20.30.40.50.60.70.8

7、0.91.01.10.0100.0050.000-0.005-0.010-0.015 i/AE/vaba-热处理前b-热处理后350oC热处理对二氧化锰电极性能影响-恒流充放电分析051015202530350.00.20.40.60.81.0 E/vT/saba-热处理前b-热处理后150度0510152025300.00.20.40.60.81.0 E/vT/saba-热处理前b-热处理后200度051015202530350.00.20.40.60.81.0 E/vT/saba-热处理前b-热处理后250度010203040500.00.20.40.60.81.0 E/vT/saba-热

8、处理后b-热处理前350度热处理对二氧化锰电极大电流充放电性能影响一定温度的热处理可以改善二氧化锰电极大电流充放电性能10152025300.50.60.70.80.91.0 i/(A/g) 150oC 200oC 无热处理 350oC 250oC掺杂CO对二氧化锰电极性能影响-循环伏安分析掺杂Co后二氧化锰电极CV曲线对称性、面积增加0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.10.0100.0050.000-0.005-0.010-0.015 i/AE/vaba-掺杂Cob-未掺杂Co掺杂CO对二氧化锰电极性能影响-恒流充放电分析掺杂Co后二氧化锰电极比电容有较大增加0510

9、1520253035400.00.20.40.60.81.0 E/vT/saba-未掺杂Cob-掺杂Co掺杂CO对二氧化锰电极性能影响-交流阻抗谱分析掺杂Co后电极法拉第电阻较小，等效串联电阻也减小了0102030405001020304050 -Z/OhmZ/Ohm 掺杂Co 未掺杂Co2.02.53.03.54.00.00.51.01.52.0 -Z/OhmZ/Ohm结论（1）利用循环伏安沉积法制备的二氧化锰/泡沫镍电极时，实验采用的电解液中Mn2+最佳浓度为0.25mol/L，最佳循环扫描速率20mv/s。获得的电极具有电化学可逆性好，内阻小的优点，二氧化锰的比电容可以达到86F/g。（2）对二氧