摘要: 超级电容器作为一种高效的能量存储装置，具有广阔的应用前景。碳纳米管因具有高的比表面积和良好的导电性，是超级电容器研究的热点材料，但制备过程通常采用催化剂和粘结剂，对电化学性能和力学性能存在严重影响。本论文在316L不锈钢表面进行化学气... 展开 超级电容器作为一种高效的能量存储装置，具有广阔的应用前景。碳纳米管因具有高的比表面积和良好的导电性，是超级电容器研究的热点材料，但制备过程通常采用催化剂和粘结剂，对电化学性能和力学性能存在严重影响。本论文在316L不锈钢表面进行化学气相沉积(CVD)制备碳纳米管阵列，无需外源催化剂和粘结剂，即可用于超级电容器电极。直接在不锈钢基体上生长的碳纳米管阵列与基底结合牢固，接触电阻极小，具有很高的比表面积。通过可控氧化使碳纳米管阵列暴露出更多的边平面结构以提升电化学活性。通过负载高电容活性的过渡金属氧化物MnO2，有效改善半导体MnO2导电性和倍率性能。主要研究内容如下: (1)在316L不锈钢表面通过化学气相沉积法制备碳纳米管阵列，再经过化学氧化处理，可控暴露出碳纳米管的边平面，电极的亲水性得到极大提高。通过电化学方法沉积MnO2纳米材料，以1.0mol/L Na2SO4和0.2mol/L Mn(Ac)2的混合电解质溶液，通过调整电沉积时间(400s，800s，1200s)实现MnO2/CNTs复合结构的优化和电化学性能的提高。测试表明，沉积800s所制备的复合材料电极具有最好的电容性能，未经氧化处理的纳米碳管阵列上MnO2沉积量很少且不牢固，在循环稳定性测试中MnO2易脱落，循环1000圈后保留初始电容值的80.1％。而经氧化处理的纳米碳管阵列上能够很好的负载MnO2，在1A/g时比电容可达521F/g,循环1000圈后，电容值仍保留95.7％。 (2)采用热化学的方法，在0.03mol/L KMnO4溶液中，利用纳米碳管阵列还原KMnO4得到MnO2，制备MnO2@CNTs纳米核壳结构。反应时间分别为1h、2h、3h，以探究更好的形貌结构和电容性能。通过两步简单反应制备的MnO2@CNTs-2h样品展现鳞片状MnO2和良好的核壳结构;在1mA cm-2电流密度条件下，电容值达221mF cm-2。循环稳定性测试1000圈，电容值保留为88.7％。这里，不锈钢被用作超级电容器的简单集流体;生长在不锈钢上的碳纳米管作为纽带连接MnO2与不锈钢，同时碳纳米管的高比表面积也有利于MnO2沉积，不仅使还原物与活性材料牢固结合，还起到导电通道和机械支持的作用。 收起