用于超级电容器的二氧化锰电极材料的制备及电化学特性研究 ppt课件
二氧化锰电化学电容器材料的制备及其性能研究
二氧化锰电化学电容器材料的制备及其性能研究二氧化锰（MnO2）是一种重要的电化学电容器材料，它具有高比电容、高循环稳定性和低成本等优点，因此广泛应用于电子设备、储能装置、传感器等领域。
本文将介绍二氧化锰电化学电容器材料的制备方法以及其性能研究。
一、制备方法1.水热法制备：将锰盐与适量的氧化剂（如高锰酸钾）溶解在水中，经过水热反应形成MnO2、具体步骤如下：（1）将锰盐和高锰酸钾溶解在适量的去离子水中，调节溶液的pH值。
（2）将混合溶液置于水热反应器中，在高温高压下反应一段时间，生成MnO2（3）将得到的沉淀经过洗涤、离心等处理，最后干燥得到二氧化锰粉末。
2.溶胶-凝胶法制备：此方法通过溶解锰盐于溶剂中，制备胶体溶液，再通过凝胶化处理得到二氧化锰材料。
具体步骤如下：（1）将锰盐溶解在溶剂中，形成锰离子溶液。
（2）加入其中一种胶体稳定剂，通过搅拌混合。
（3）加入凝胶剂，反应生成凝胶。
（4）将凝胶进行干燥、烧结等处理，最终得到二氧化锰材料。
二、性能研究1.循环伏安曲线（CV）：通过循环伏安法可以测量二氧化锰材料在不同电位范围内的电流对时间的变化情况，可以得到材料的比电容、电化学活性等信息。
2.电化学阻抗谱（EIS）：通过在一定频率范围内测量二氧化锰材料的电阻和电容，可以分析材料的电化学反应动力学、界面特性等。
3.循环寿命测试：通过多次充放电循环测试，观察二氧化锰材料在循环过程中的电容变化情况，以评估其循环稳定性。
4.微观结构表征：采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等技术观察二氧化锰材料的形貌、晶体结构等信息，了解其微观结构对电容性能的影响。
5.电化学性能对比研究：通过与其他电容器材料如二氧化钼、二氧化钛等进行对比实验，评估二氧化锰材料的优势和劣势。
总结：二氧化锰电化学电容器材料的制备方法主要包括水热法和溶胶-凝胶法，其性能研究可通过循环伏安曲线、电化学阻抗谱、循环寿命测试、微观结构表征和电化学性能对比研究等方法进行。
二氧化锰基超级电容器电极材料的研究
二氧化锰基超级电容器电极材料的研究二氧化锰（MnO2）是一种常见的电化学活性材料，被广泛用于超级电容器（SC）的电极材料中。
与传统的电化学电容器相比，超级电容器具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命、良好的快速充放电性能等优点，因此在储能、电动车辆、航空航天领域等方面具有重要的应用潜力。
本文将综述二氧化锰基超级电容器电极材料的研究进展，并探讨其在超级电容器领域的应用前景。
首先，二氧化锰作为一种廉价、环保的材料，具有较高的比电容和电导率，因而被广泛应用于超级电容器的电极材料中。
在二氧化锰基超级电容器中，二氧化锰以纳米颗粒或微米颗粒的形式存在，通过形成三维结构或负载在其他材料上，以提高电容器的性能。
研究表明，合适的制备方法、合适的结构设计和合适的掺杂方式可以显著改善二氧化锰电极的电化学性能。
其次，研究人员通过控制二氧化锰的晶体结构、形貌和掺杂元素的种类和浓度来调控其电化学性能。
例如，通过控制二氧化锰晶体的晶粒形貌和尺寸，可以显著提高其比表面积，从而提高电极的电容性能。
此外，掺杂其他金属或非金属元素（如钨、镁、铁等）可以调节二氧化锰的电化学反应速率和电导率，从而提高电化学性能。
同时，为了克服二氧化锰在长周期充放电过程中的体积变化问题，研究人员还设计了一系列核壳结构或杂化结构的二氧化锰电极材料。
核壳结构包括将二氧化锰包裹在碳纳米管或金属氧化物纳米颗粒中，以提高二氧化锰的结构稳定性和电容性能。
同时，将二氧化锰与其他电化学活性材料（如石墨烯、氧化钼等）形成杂化结构，可以进一步提高电极的电化学性能。
然而，二氧化锰基超级电容器电极材料仍然面临一些挑战。
首先，二氧化锰电极的循环稳定性较差，容易受到温度、湿度和电压等因素的影响。
其次，在高功率密度和长循环寿命要求下，二氧化锰电极的容量衰减问题尚未得到有效解决。
因此，未来的研究应该集中在改善二氧化锰电极的循环稳定性和容量保持率，开发更加合适的制备方法和结构设计。
综上所述，二氧化锰基超级电容器电极材料的研究已经取得了很大的进展，通过合适的结构设计、掺杂策略和核壳结构设计，可以显著提高二氧化锰电极的电化学性能。
超级电容器电极材料的研究参考完成-PPT课件
参考资料
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超级电容器电极材料的研究
汇报内容
1 研究背景及意义 超级电容器的原理
2 3
超级电容器的应用
4 超级电容器电极材料及研究现状
5 6 电极材料的改进 总结
1.研究背景与意义
随着社会的发展，人们对能源的需求在不断增长，但是传 统的能源不可再生，环境的污染，持续升级的石油能源危 机使人们迫切需要一种清洁的、可再生的能源。近年来超 级电容器的相关研究和进展则顺应了人们对新介于普通电容器和二次电池之间新型无 维护储能元件，比功率是电池的10倍以上，储存电荷能力 普通电容器高，具有工作温度范围广、可快速充放电且循 环寿命长、无污染排放等优点，因此它的用途非常广泛。 • 超级电容器电极材料有碳材料、金属氧化物材料如氧化锰 电极，还有金属复合材料。不同的电极材料和不同的制备 方法得到不同性能的电极材料，因此可以通过在电极材料 里面掺杂其他元素同时改进电极材料的导电性来提高电极 材料的比电容和储能能力。
用于超级电容器的二氧化锰电极材料的制备及电化学特性研究
用于超级电容器的二氧化锰电极材料的制备及电化学特性研究一、引言超级电容器是一种新型的储能装置，具有高能量密度、高功率密度、长寿命和快速充放电等优点。
二氧化锰作为一种重要的超级电容器电极材料，因其廉价、丰富和良好的电化学性能而备受关注。
本文旨在探讨二氧化锰电极材料的制备方法及其电化学性能，并对其进行研究。
二、二氧化锰电极材料的制备1.化学沉积法化学沉积法是制备二氧化锰电极材料最常用的方法之一、其主要步骤包括：将锰离子和葡萄糖或其他还原剂混合溶解在溶液中，加入沉淀剂将沉淀沉淀下来，并通过过滤和洗涤来获得二氧化锰颗粒。
2.水热法水热法是制备二氧化锰电极材料的另一种方法。
其步骤主要包括：将锰盐和氢氧化物溶解在水中，然后将混合溶液转移到加热反应釜中，在一定的温度和压力下反应一段时间，通过过滤和洗涤来获得二氧化锰颗粒。
三、二氧化锰电极材料的电化学性能研究1.循环伏安曲线通过循环伏安曲线可以研究二氧化锰电极材料的电容性能。
在一定的电势范围内，通过改变电势的扫描方向和扫描速度，可以得到电势和电流的关系曲线。
通过计算曲线下面积，可以得到电极的电容性能。
2.电化学阻抗谱通过电化学阻抗谱可以研究二氧化锰电极材料的电导率和电荷传递性能。
通过施加交流电压，并测量电极上的交流电流和电压，可以得到电极材料的阻抗谱。
通过分析谱图的特征信息，可以了解电荷传递的过程和电解质在电极表面的吸附情况。
3.循环寿命测试通过进行循环寿命测试，可以研究二氧化锰电极材料的稳定性和长寿命性能。
通过重复充放电循环，观察电极材料的容量衰减情况，可以评估电极材料在实际使用过程中的稳定性。
四、结论通过制备和电化学性能研究，可以得出二氧化锰电极材料具有高电容性能、良好的电导率和电荷传递性能，以及较好的稳定性和长寿命性能的结论。
这些研究成果对超级电容器的开发和应用具有重要意义。
超级电容器MnO2的制备及其电容特性
超级电容器材料MnO2的制备及其电容特性王珏 刘素琴* 黄可龙 陈朝辉（中南大学化学化工学院 长沙 410083）E-mail:jwang0821@摘要本文通过化学液相还原法采用不同的阴离子还原剂制备了超级电容器电极材料二氧化锰。
通过电化学测试比较，我们得出结论，还原剂中质子H+取代碱金属离子所制得的二氧化锰电容特性更好，尤其以甲酸作为还原剂所制备的样品颗粒粒径小、分散性好，通过循环伏安测试，二氧化锰电极在电位窗口(0-1.0V)表现出很好的电容特性，电流密度为5 mA·cm-2时，比容量高达237.39 F·g-1，且库仑效率高达98.56%。
关键词二氧化锰；还原剂；超级电容器引言超级电容器是介于充电电池与传统电容器之间的一种新型能源器件。
它兼有常规电容器功率密度大、充电电池功率密度高的优点，可快速充放电，而且寿命长、工作温限宽、电压记忆性好、免维护 ，是一种新型、高效、实用的能量储存装置[1-5]。
当前对超级电容器的研究重点之一是寻找更为理想的电极体系和电极材料。
氧化锰因其低廉的价格和丰富的资源且对环境友好等优点使它成为不同能量储存技术尤其是超级电容器最具潜力的物质之一[6-8]。
制备氧化锰材料包括化学液相还原法、sol-gel法、电沉积法、固相法等，而化学液相还原法因其工艺简单、装置简易、产率高等优点倍受研究者青睐。
目前国内外大多采用Mn（Ⅶ）如高锰酸钾与阳离子还原剂Mn（Ⅱ）如硫酸锰、醋酸锰、氯化锰等反应而得。
Lee和Goodenough[9]用高锰酸钾和醋酸锰反应制得的氧化锰比容量达200 F·g-1。
Toupin[10]、闪星[11]等人用高锰酸钾和硫酸锰制备的氧化锰电极比容量分别达到166 F·g-1和177.5 F·g-1。
Chen Ye[12]等人用高锰酸钾和氯化锰制备的氧化锰电极比容量达到398 F·g-1。
而对于阴离子还原剂制备的超级电容器电极材料氧化锰在国内外报道很少，且针对还原剂对生成二氧化锰电性能的影响的报道极少。
MnO2GO复合超级电容器电极材料的制备
MnO2/GO复合超级电容器电极材料的制备化学电源和电化学电容器（Electrochemical Capacitors,简写为ECs，或称超级电容器）以充电时间短、使用寿命长、温度特性好、功率密度高、电容量大和绿色环保节约能源等优点成为了电化学能源转化与存储最为高效的技术。
目前电化学电容器的电极材料主要为碳材料、金属氧化物和导电高分子聚合物三大类。
在其中二氧化锰（MnO2）具有较高的理论容量比和离子渗透率、环境友好、价格低廉等优点，但是也存在着自身内阻较大、比面积较小和易溶解等缺点，这极大程度上影响到了电极材料的整体性能和其在电化学电容器领域的广泛应用。
目前为改进MnO2的电化学性能，纳米化和复合材料是主要途径。
本文以研究如何制备MnO2/GO复合电极材料为目的，找寻最佳的制备条件。
实验内容如下：首先使用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，随后将KMnO4加入到氧化石墨烯溶液中并采用水热法制得MnO2/GO样品，并使用XRD、SEM、TEM、Raman等仪器对制得的样品进行物相分析、表征样品的晶体结构特征和观察样品形貌尺寸和微观结构。
最后将制得的活性电极材料（MnO2/GO纳米复合材料）和炭黑、聚四氟乙烯按比例80:15:5的比例混合均匀涂到泡沫镍集电极上得到待用极片进行电化学测试。
实验结果表明MnO2/GO相比于MnO2提高了复合材料的导电性，改善了电荷传输和MnO2活性材料的利用率。
本文探索了在各种实验条件下制备出的样品情况，得到了最佳反应变量。
关键字：电化学电容器;氧化石墨烯;复合材料;电化学性能第一章绪论1.1引言人类文明发展的历史过程中，优良能源的开发利用和高效能源技术的使用极大促进了人们生活质量的提高与工业生产力的飞跃。
然而不可再生能源的急速消耗使得传统的化石能源几近枯竭，并且导致了严峻的环境污染问题。
开发清洁能源成为了二十一世纪人们最主要的研究课题之一。
太阳能，风能，潮汐能，核能等可再生绿色环保能源的出现为人们指出了新的研究方向，而为了充分利用这些新能源，急需要发展相应的高效存贮装置。
电沉积制备MnO2C超级电容器电极材料的研究
电沉积制备MnO2C超级电容器电极材料的研究电沉积制备MnO2/C超级电容器电极材料的研究1、项⽬背景:超级电容器（Supercapacitor），即电化学电容器，是⼀种介于传统电容器和⼆次电池之间的新型储能装置。
超级电容器兼有电池⾼⽐能量和传统电容器⾼⽐功率，可快速充放电，使⽤寿命长（循环次数⾼达105~106），维护⽅便简单，对环境⽆污染等特点，是⼀种新型、⾼效、实⽤的能量存储元件。
在各领域的应⽤⼗分⼴泛。
⼆氧化锰是⼀种多晶型氧化物，常温下性质稳定，为棕⿊⾊或⿊⾊粉末状固体。
由于 [MnO6]⼋⾯体基本单元连接⽅式不同，MnO2具有⽐较复杂的晶格结构，⼆氧化锰电极材料其储量丰富、价格低廉、环境友好、具有较⾼的能量密度及功率密度、循环寿命良好，可⽤于电化学电容器或储能电池的研究⼆氧化锰粉末是⼀种半导体材料，电阻率较⾼，难以满⾜超级电容器⾼功率输出的需要，由于C掺杂的电极材料能利⽤各组分间的协同效应提⾼整体性能，所以⽐单纯⼆氧化锰以及导电聚合物具有更好的应⽤前景，我们所制备的就是⼆氧化锰/炭复合材料。
2、主要内容超级电容器⼆氧化锰电极材料因其储量丰富、价格低廉、环境友好及电化学性能优良等特点，近年来成为倍受重视的超级电容器电极材料，吸引了⼈们越来越多的⽬光。
尽管对⼆氧化锰电极材料的研究已经取得了很⼤进展，但如何提⾼⼆氧化锰材料的⽐表⾯积、⽐容量及其循环性能，降低材料电阻率等问题仍是⽬前的研究重点。
本实验主要是在寻找⼆氧化锰最优电沉积制备⼯艺。
主要研究内容简介如下：(1) 以醋酸锰为原料，⽯墨板为阴极，采⽤直流电沉积的⽅法在阳极基体上制备三维⽹状⼆氧化锰。
通过实验探讨不同脉冲频率、占空⽐、电流密度、电解液浓度及电沉积温度等单因素变量对沉积产物电化学性能的影响，从⽽确定最佳的⼆氧化锰制备⼯艺。
(2) 在直流电沉积过程中，基体类型对⼆氧化锰的形貌及性能影响较⼤，本实验分别选取镀铂钛板、⾦属镍板、不锈钢板和⾦属钛板为基体，寻找最优基体，并对最终产物进⾏各种形貌与电化学性能测试。
超级电容器电极材料_MnO_2的电化学制备及其性能_黄庆华
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１． ２ 样品的物性检测
用 ?MJSPRMIGk$# 扫描电镜 （ 894） 对样品进行形貌测试。
１． ３ 电极的电化学性能测试
以饱和甘汞电极作参比电极， 镍电极作辅助电极， 经典的 三电极体系， 用 <?[:kk#:F 电化学工作站分别在 %:./012:;<0 和 %:./012:3>?!7%86! 溶液中在不同的扫描速度下进行循环伏 安测试。
图 + 是沉积电位为 >$?%"’ 时石墨基体上沉积的 ()*+ 的 /0( 图。由图 + 可见， 随沉积电位的升高石墨电极表面形 貌发生变化； 沉积的 ()*+ 粒径变大， 在被沉 ()*+ 膜层加厚。 积的氧化物表面出现裂缝，这些裂缝可能是在干燥过程中由 于收缩应力而引起的。
（ X） 式中： —— Q 5—循环伏安图中阳极支的中点电流；
↔ （ K） ()*+FDFF:"""""()**D""""""""""""""""""""""""""
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泡沫镍
铂电极
设备
银丝 中速滤纸
甘汞电极 无水硫酸钠
电化学工作站 电子天平 电热恒温鼓风干燥箱 磁力搅拌器 粉末压片机
水热法制备纳米MnO2
• KMnO4 0.237 g， MnSO4·H2O为0.381g
• 溶解于30 ml的超纯水中 室温下中速搅拌1h
•一边快速搅拌 KMnO4溶液，一 边向其中缓缓倒入 MnSO4溶液 •继续搅拌1h使反应 充分进行 •之后将悬浮液转入 100mI的水热反应 釜聚四氟乙烯里衬 中；140℃下恒温 热处理4h后取出;
用于超级电容器的二氧化锰电极材料的制备及电化 学特性研究
用于超级电容器的二氧化锰电极材料的 制备及电化学特性研究
CONTENTS
01 Part One 二氧化锰电极工作原理 02 Part Two 二氧化锰电极的制备方法 03 Part Three 电化学性能测试 04 Part Four 参考文献
•使用超纯水和酒精对反 应釜中样品进行抽滤， 直至滤液中无SO42-为 止； •80℃下干燥12小时， 得到干燥的褐色粉末， 使用玛瑙研钵进行研磨 1h制得纳米MnO2粉末
电极的制备方法
MnO2粉末、乙炔黑和 聚四氟乙烯(PTFE)= 70: 20:10，倒入玛瑙 研钵中，加入适量超纯 水之后研磨1h以上，直 至得到混合浆状物质
2. Wu N L. Nanocrystalline oxide supercapacitors. Materiat Chemistry and Physics,2002,75(1):6-11 3. Wang Y GSZhang X G. Preparation and electrochemical capacitance of RuO2/TiO2 nanotubes
产物物 相分析
cv
恒流充放 电测试
交流阻抗
产物物相分析
产物XRD图
充放电测试
电流密度（A/g） 充电比电容（F/g） 放电比电容（F/g）
0.5
47.81
12.6
1
27.3
12.7
2
5.2
3.4
循环伏安测试
曲线面积较小， 电极比电容小； 随着扫速的增加， 电极比电容变小。
扫描速 度（v/s 0.005 0.01 0.02 0.05
composites. ElectrochimicaActa,2004,49(12):1957-1962 4. Kalakodimi R P,Norio M. Electrochemically synthesized MnO2-based mixed oxides for high
performance Communications,2004, 6 (10):1004-1008 5. 耿新.二氧化锰电化学电容器的研究.天津大学博士学位论文，2003,(6):1-5 6. 夏熙.二氧化锰及相关锰氧化物的晶体结构、制备及放电性能[J].电池，2005, 35 (2): 107一111 7. KOZA WAA.二氧化锰手册[M].夏熙，译.成都:四川科技出版社，1994:79- 80 8. Cottineau T,Toupin M,Delahaye T,et al. Nattostnictured transition metal oxides for aqueous hybrid
）
0.1 平均值
比电容 （F/g）
26.02
18.00
11.05
5.91
3.75 12.94
交流阻抗分析
Z-View模拟图
模图
复平面图
相图
交流阻抗分析
Ru 8.559Ω
Rct 4854Ω
Cd 0.8087F
CONTENTS
04Part Four 参考文献
参考文献
1. Bao S J,He B L,Liang Y Y,et al. Synthesis and electrochemical characterization of amorphous MnO2 for electrochemical capacitor. Materials Science and Engineering A,2005,397(1):305-309
CONTENTS
01Part One 二氧化锰电极工作原理
超级电容器工作原理
Ø 双电层超级电容器：
利用上述双电层机理实现电 荷的储存和释放。
Ø 电化学电容器：
除双电层储能外，电解液中 离子在电极活性物质中由于氧 化还原反应而储能。
二氧化锰电极的储能机理
01
02
03
依靠赝电容原理提 供电容性能
只在电极表面发生的活性物质与电解液之间的化 学吸附一脱附过程
取1cmx1cm 的泡沫镍两片， 银丝一根，称 量泡沫镍和银 丝的质量，记 录为m1
将两片泡沫镍夹住银丝和 混合浆状物质后， 10Mpa下恒压1 min压片; 将压制得到的电极片80℃ 下干燥10h，称量干燥后 的质量记为m2
CONTENTS
03Part Three 电化学性能测试
电化学性能测试
(MnO2)surface+C+ +e(MnOOC)surface
在电极表面和内部均可发生的活性物质与电 解液之间的嵌入一脱出过程
MnO2 +C++e- MnOOC
CONTENTS
02Part Two 制备方法
实验试剂、仪器和设备
试剂及仪器
高锰酸钾
一水合硫酸锰 活性炭 无水乙醇
聚四氟乙烯乳液
乙炔黑electroc源自emical supercapacitors. Applied Physics A,2006,82(4):599-602