超級電容MnO2電極材料的制備及性能研究

1、u答辯人：謝有瓏u班級:100125u學院：材料科學與工程學院u指導老師：張國光探索循環(huán)伏安法制備二氧化錳電極的最佳工藝研究二氧化錳電極的電化學性能研究熱處理對二氧化錳電極性能的影響研究摻雜Co元素對二氧化錳電極性能的影響本文采用電沉積法中的循環(huán)伏安法在含有Mn2+離子的電解液中在泡沫鎳基體上直接生長二氧化錳掃描時間分別為200s、400s、600s、800s，分別制得樣品t1、t2、t3、t4在不同Mn2+濃度的電解液和不同掃描速率下制備15批樣品制備4批樣品，150oC、200oC、250oC、350oC加熱保溫2h在同時含有Mn2+和Co2+離子的電解液中制備摻雜Co的二氧化錳電極循環(huán)伏

2、安測試恒流充放電測試交流阻抗譜測試循環(huán)性能測試膜層厚度對二氧化錳比電容影響u比較不同膜厚二氧化錳薄膜電極比電容，可知膜層厚度對比電容影響較小1.01.52.02.53.03.54.0203040506070 比電容( F/g)膜層質(zhì)量(mg)最佳掃描速率和錳離子濃度確定 掃描掃描速率速率Mn2+ 濃度濃度10mv/s20mv/s30mv/s 40mv/s 50mv/s0.20mol/L60555553400.25mol/L60676159600.30mol/L4758504550調(diào)整掃描速率和錳離子濃度，獲得15批不同制備條件下的電極，通過比較其比電容確定最佳掃描速率20mv/s，最佳錳離子濃

3、度0.25mol/L循環(huán)伏安分析沉積過程中不同掃描段的CV曲線不同掃描速率下二氧化錳電極CV曲線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恒流充放電分析不同電流密度下充放電曲線大電流充放電比容量衰減情況010203040

4、50600.00.20.40.60.81.0 E/vT/sabca-5A/gb-4A/gc-3A/g1015202530051015202530354045505560 C/( F/g)i/( A/g)交流阻抗譜分析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循環(huán)性能分析-恒流充放電分析在5A/g的電流密度下進行200次恒流充放電前后充放電曲線對比,二氧化錳比容量衰減5%。05101520250.00.20.40.60.81.0 E/vi/A 循環(huán)前 循環(huán)后循環(huán)性能分析-

5、交流阻抗譜分析l循環(huán)后電極法拉第電阻和等效串連電阻都有所增加12345678-202468 -Z/OhmZ/Ohm 循環(huán)前 循環(huán)后234-2-10123 -Z/Ohm Z/Ohm熱處理對二氧化錳電極性能影響 熱處理前后二氧化錳質(zhì)量變化熱處理前膜層質(zhì)量熱處理前膜層質(zhì)量（mg）熱處理后膜層質(zhì)量熱處理后膜層質(zhì)量（mg）變化量變化量T1502.72.57.4%T2002.82.67.1%T2502.21.913.6%T3502.52.116.0%熱處理后二氧化錳有一定的質(zhì)量損失，熱處理溫度越高損失越大熱處理對二氧化錳電極性能影響-循環(huán)伏安分析不同溫度下熱處理前后CV曲線對比圖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-熱處理后b-熱處理前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-熱處理后b-熱處理前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-熱處理后b-熱處理前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-熱處理前b-熱處理后350oC熱處理對二氧化錳電極性能影響-恒流充放電分析051015202530350.00.20.40.60.81.0 E/vT/saba-熱處理前b-熱處理后150度0510152025300.00.20.40.60.81.0 E/vT/saba-熱處理前b-熱處理后200度051015202530350.00.20.40.60.81.0 E/vT/saba-熱處理前b-熱處理后250度010203040500.00.20.40.60.81.0 E/vT/saba-熱

8、處理后b-熱處理前350度熱處理對二氧化錳電極大電流充放電性能影響一定溫度的熱處理可以改善二氧化錳電極大電流充放電性能10152025300.50.60.70.80.91.0 i/(A/g) 150oC 200oC 無熱處理 350oC 250oC摻雜CO對二氧化錳電極性能影響-循環(huán)伏安分析摻雜Co后二氧化錳電極CV曲線對稱性、面積增加0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.10.0100.0050.000-0.005-0.010-0.015 i/AE/vaba-摻雜Cob-未摻雜Co摻雜CO對二氧化錳電極性能影響-恒流充放電分析摻雜Co后二氧化錳電極比電容有較大增加0510

9、1520253035400.00.20.40.60.81.0 E/vT/saba-未摻雜Cob-摻雜Co摻雜CO對二氧化錳電極性能影響-交流阻抗譜分析摻雜Co后電極法拉第電阻較小，等效串聯(lián)電阻也減小了0102030405001020304050 -Z/OhmZ/Ohm 摻雜Co 未摻雜Co2.02.53.03.54.00.00.51.01.52.0 -Z/OhmZ/Ohm結(jié)論（1）利用循環(huán)伏安沉積法制備的二氧化錳/泡沫鎳電極時，實驗采用的電解液中Mn2+最佳濃度為0.25mol/L，最佳循環(huán)掃描速率20mv/s。獲得的電極具有電化學可逆性好，內(nèi)阻小的優(yōu)點，二氧化錳的比電容可以達到86F/g。（2）對二氧