二氧化锰及二氧化锰石墨烯超级电容器电极材料研究-化学工程专业论文.docx

Study of MnO2 and MnO2/Graphene as Electrodes Material for Supercapacitor A Thesis Submitted for the Degree of Master Major：Chemical Engineering Candidate：Liu Yang Supervisor：Prof. Tian Qifeng Wuhan Institute of Technology Wuhan, Hubei 430073, P. R. China 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：刘洋 2014 年 5 月 25 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定， 即：我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密 Ο ， 在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不必威体育官网网址 Ο。 （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名：刘洋 指导教师签名：田琦峰 2014 年 5 月 25 日 2014 年 5 月 25 日 摘 要 超级电容器是一种介于电解电容器和电池之间的新型储能器件，具有比电解电 容器更大的比能量，比电池更大的比功率和更长的循环寿命。能够很好的满足电动 汽车的启动、加速等高功率密度输出的需要。根据储能原理，超级电容器可以分为 双电层电容器和法拉第赝电容电容器。电极材料主要有碳材料、导电聚合物和金属 氧化物。 本文用水热法合成了二氧化锰和二氧化锰/石墨烯超级电容器电极材料。采用 XRD、SEM、BET 等物理表征和循环伏安、恒电流充放电、循环放电等电化学测试 来研究电极材料的性能，结果如下： 反应温度 140℃和反应时间 9 小时为合成 MnO2 的最适宜条件，该条件下合成 的二氧化锰为 α-MnO2。SEM 分析表明制备的 α-MnO2 为粉末状，其粒径在 40～60 nm 左右，最大比表面积为 60.17 m2/g，最高比容量为 90 F/g。50 次充放电循环后其容 量为 82 F/g，容量保持率为 91.11％。 经氧化处理后的石墨烯与高锰酸钾进行水热反应，制得二氧化锰与氧化石墨烯 复合材料。SEM 分析表明该复合材料为多孔蜂窝状，最大比表面积为 70.91 m2/g， 粒径在 40 nm 左右，比容量达到 158.3 F/g，50 次充放电循环后其比容量为 156 F/g， 容量保持率为 98.55％。 通过改性的 Hummers 方法合成含不同比例石墨烯的二氧化锰/石墨烯复合材 料，SEM 分析可知其微粒的微观结构呈多孔蜂窝状，最大比表面积达到 85.51 m2/g， 粒径约为 10～20 nm，比容量为 192.5 F/g，50 次充放电循环后其比容量为 190 F/g， 容量保持率达到 98.7％。该复合材料具有多孔结构且比表面积大，电化学性能较好， 可作为超级电容器的电极材料。 关键词：二氧化锰 石墨烯 复合材料 超级电容 I II Abstract Abstract Supercapacitor is a novel energy storage device between batteries and electrolytic capacitors，which has higher energy density than that of electrolytic capacitor and higher power density than that of batteries. They can meet the requirement of high power out-put, such as electric vehicles starting-up or accelerating. According to the principle of energy-storage, there are two types of supercapacitors: electric double-layer capacitor and faradalc pseudocapacitor. Electrode material mainly incl