本文關(guān)鍵詞：二氧化錳—聚吡咯碳超級(jí)電容器電極材料的制備和性能

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【摘要】：超級(jí)電容器具有較高的功率密度、能量密度和電容值,而且充電時(shí)間短,循環(huán)壽命長(zhǎng),是一種很有發(fā)展前景的儲(chǔ)能裝置。超級(jí)電容器的電極材料是決定超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵。聚吡咯(PPy)作為一種導(dǎo)電聚合物材料,其制備簡(jiǎn)單,環(huán)境友好,摻雜可逆,導(dǎo)電率較高,作為超級(jí)電容器的電極材料受到了廣泛的關(guān)注。錳氧化物電極材料也是近年的研究熱點(diǎn),它的價(jià)格低廉,來(lái)源豐富,比表面積高,電化學(xué)性能良好。本論文是將這兩種材料結(jié)合起來(lái)制備一種性能優(yōu)異的電極材料。本論文通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)合成方法,制備得到了PPyC的復(fù)合材料。并篩選出了最佳活性碳用量,最佳過(guò)硫酸鈉Na2S2O8的用量,以及最佳吡咯單體的用量。制備出性能好的PPyC材料。并采用循環(huán)伏安法,恒電流充放電法,交流阻抗,充放電循環(huán)性能測(cè)試等方法評(píng)價(jià)其電化學(xué)性能。結(jié)果表明當(dāng)活性炭與氧化劑Na2S2O8與吡咯單體的摩爾質(zhì)量比為1:3.46:1.73時(shí),所制備的PPyC材料的電化學(xué)性質(zhì)最佳,其比電容可以達(dá)到125.8 F×g-1。采用微波輔助法,制備新型復(fù)合材料MnO_2-PPyC。通過(guò)改變反應(yīng)溫度,載體用量,來(lái)制備不同的MnO_2-PPyC,并探究了制備MnO_2-PPyC電極的最佳條件為:微波反應(yīng)條件下,在反應(yīng)物為20 ml 0.3 M的MnCl2溶液、20 ml 0.2 M的KMnO4溶液,PPyC的質(zhì)量為0.05 g;微波反應(yīng)器控制溫度45℃,時(shí)間20 min,也就是KMnO4與MnCl2與PPyC的質(zhì)量比為12:24:1時(shí),得到了最優(yōu)性能的MnO_2-PPyC-b復(fù)合材料,其放電比電容可以達(dá)到375 F×g-1,400次循環(huán)充放電后比電容剩余量為347 F×g-1。SEM和TEM測(cè)試結(jié)果表明,制備的MnO_2-PPyC都是由很多薄膜組成的花狀結(jié)構(gòu),其中MnO_2-PPyC-b的花狀結(jié)構(gòu)更均勻,片狀膜更薄。MnO_2-PPyC-a、MnO_2-PPyC-b和MnO_2-PPyC-c三種材料的電化學(xué)阻抗譜比較可知MnO_2-PPyC-b具有最小的電荷傳遞電阻,說(shuō)明MnO_2-PPyC-b材料比MnO_2-PPyC-a和MnO_2-PPyC-c更有利于電子的傳輸。結(jié)果表明MnO_2-PPyC-b作為超級(jí)電容器的電極材料具有優(yōu)異的可逆性和電容性。
【關(guān)鍵詞】：活性炭 聚吡咯 二氧化錳 電極材料 超級(jí)電容器
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM53
【目錄】：

• 摘要10-11
• Abstract11-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 超級(jí)電容器簡(jiǎn)介13-15
• 1.1.1 超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)14
• 1.1.2 超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)14-15
• 1.2 超級(jí)電容器的分類和工作原理15-16
• 1.2.1 雙電層電容器15
• 1.2.2 法拉第贗電容器15-16
• 1.2.3 雙電層電容器與法拉第贗電容器的區(qū)別16
• 1.3 超級(jí)電容器的研究進(jìn)展16-19
• 1.3.1 碳材料17
• 1.3.2 過(guò)渡金屬氧化物材料17-18
• 1.3.3 導(dǎo)電聚合物電極材料18-19
• 1.4 超級(jí)電容器的應(yīng)用19-20
• 1.5 課題的研究背景和意義20
• 1.6 本論文研究?jī)?nèi)容20-21
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法及原理21-25
• 2.1 主要試劑及儀器21-22
• 2.2 電極材料的物性表征22
• 2.2.1 X-射線衍射分析（XRD）22
• 2.2.2 掃描電鏡分析（SEM）22
• 2.2.3 透射電鏡分析（TEM）22
• 2.3 電極材料的電化學(xué)性能表征22-23
• 2.3.1 循環(huán)伏安法測(cè)試23
• 2.3.2 交流阻抗測(cè)試23
• 2.3.3 恒電流充放電測(cè)試23
• 2.3.4 循環(huán)性能測(cè)試23
• 2.4 聚吡咯碳（PPyC）的制備方法23-24
• 2.5 微波法制備二氧化錳-聚吡咯碳（MnO_2-PPyC）復(fù)合材料24-25
• 第3章 PPyC復(fù)合材料的制備及性能25-34
• 3.1 PPyC電極材料的制備25
• 3.2 不同活性炭量對(duì)PPyC超級(jí)電容器性能的影響25-26
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)步驟25-26
• 3.2.2 電容性質(zhì)26
• 3.3 氧化劑用量對(duì)合成PPyC材料性能的影響26-28
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)步驟26-27
• 3.3.2 電容性質(zhì)27-28
• 3.4 不同吡咯單體濃度對(duì)制備PPyC材料性能的影響28-33
• 3.4.1 材料制備的實(shí)驗(yàn)步驟28
• 3.4.2 掃描電鏡分析28-30
• 3.4.3 PPyC-8，PPyC-16，PPyC-24材料的電化學(xué)性能30-31
• 3.4.4 交流阻抗測(cè)試31-32
• 3.4.5 恒流充放電測(cè)試32-33
• 3.4.6 循環(huán)性能測(cè)試33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 第4章 MnO_2-PPyC復(fù)合材料的制備和性能34-45
• 4.1 MnO_2-PPyC電極材料的制備34
• 4.2 PTFE用量對(duì)MnO_2-PPyC電極材料的影響34-35
• 4.3 制作電極時(shí)壓片壓力不同對(duì)MnO_2-PPyC電極材料的影響35-36
• 4.4 反應(yīng)溫度對(duì)MnO_2-PPyC制備復(fù)合材料影響36-37
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)方法36
• 4.4.2 電容性質(zhì)36-37
• 4.5 不同PPyC量對(duì)MnO_2-PPyC復(fù)合材料的電化學(xué)影響37-44
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)方法37-38
• 4.5.2 XRD測(cè)試38
• 4.5.3 SEM和TEM測(cè)試38-41
• 4.5.4 循環(huán)伏安測(cè)試41-42
• 4.5.5 交流阻抗測(cè)試42
• 4.5.6 恒流充放電測(cè)試42-43
• 4.5.7 循環(huán)性能測(cè)試43-44
• 4.6 本章小結(jié)44-45
• 結(jié)論45-46
• 參考文獻(xiàn)46-49
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文49-51
• 致謝51

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