摘要: 随着电子工业和重工业的飞速发展，以及不可再生资源的大量消耗，人们迫切需要找到一种功能密度高和充放电循环寿命长的储能装置。几年来，超级电容器凭借其节能环保，效率高等优势在众多节能环保型器件中脱颖而出。本论文采用水热法制备了三种MnO2基... 展开 随着电子工业和重工业的飞速发展，以及不可再生资源的大量消耗，人们迫切需要找到一种功能密度高和充放电循环寿命长的储能装置。几年来，超级电容器凭借其节能环保，效率高等优势在众多节能环保型器件中脱颖而出。本论文采用水热法制备了三种MnO2基材料，研究了它们作为电极材料的性质。主要研究内容如下: 1.α-MnO2纳米线的制备及其电容性质 以Co2+为掺杂剂，精确控制MnO2晶相转化，通过插入隧道结构的方式来避免α-MnO2的2×2隧道的坍塌，从而成功实现δ-MnO2相向α-MnO2相的转化。通过控制Co2+掺杂剂的添加量，可以精确调控的α-MnO2纳米线的柔性。在Co2+掺杂剂添加量较少的情况下，可以制备出弯曲的α-MnO2纳米线;加大Co2+添加量，α-MnO2纳米线由弯变直。α-MnO2纳米线的电化学性能测试表明，弯曲状的α-MnO2纳米线因为具备一定的柔性特点，在0.1A g-1的电流密度下，MnO2-0.4Co纳米线电极的比电容为95F g-1，数值大于细直状MnO2纳米线。循环稳定性方面，MnO2-0.4Co纳米线保留了90％的比电容。电化学性能总结，MnO2-0.4Co纳米线是作为超级电容器电极的理想选择。同时，Co掺杂的α-MnO2纳米线也为二元复合材料提供了基底选择。 2.α-MnO2@δ-MnO2核壳结构的制备及其电容性质 以α-MnO2纳米线为基底，通过简单的一步水热法在α-MnO2纳米线表面沉积δ-MnO2纳米片，形成独特的纳米分级结构。这种核壳结构给材料提供了良好的机械稳定性，在电化学反应中不会出现表面脱落现象。为了评估MnO2基材料的性质，我们进行了GCD测试。在0.25A g-1的电流密度下，α-MnO2@δ-MnO2核壳纳米复合材料电极的放电时间明显大于α-MnO2纳米线和δ-MnO2纳米片这两种单相的MnO2基材料的放电时间。在中性含水电解质(Na2SO4)中，α-MnO2@δ-MnO2电极能提供206F g-1的比电容，这优于在类似条件下测试的最近报道的MnO2基材料。此外，206F g-1的高比电容也同时证明了核-壳纳米结构的电化学性质通常优于单相材料。由α-MnO2@δ-MnO2正极和AC负极结合的ACS装置在功率密度为0.23kW kg-1时，能量密度参数为12.9W h kg-1。同时，我们的器件在5000次循环后，电容较初始值来说，损失比例大约为15％，这说明器件在放电时具有一定的稳定性。我们对MnO2基材料的研究证明，核-壳纳米结构有利于提高高负载电极的电化学性能。 3.α-MnO2@rGO水凝胶的制备及其电容性 通过简单的一步水热法在rGO水凝胶网络结构中交联α-MnO2纳米线形成独特的复合超级电容器材料。这种复合水凝胶材料提供了良好的机械稳定性，在电化学反应中不会出现表面脱落现象。为了评估α-MnO2@rGO水凝胶的电化学行为，我们进行了GCD测试。在0.5A g-1下，α-MnO2@rGO水凝胶复合材料电极的放电时间明显大于单相的rGO水凝胶电极的放电时间。在中性含水电解质(Na2SO4)中，α-MnO2@rGO电极能提供120F g-1的比电容。由α-MnO2@rGO正极和AC负极结合的ACS装置在功率密度为0.23kW kg-1时，能量密度可达23.3W h kg-1。另外，我们的器件具有出色的循环寿命，在3000次充电、放电循环后保留了＞90％的电容。我们对α-MnO2@rGO水凝胶的研究表明，MnO2的水凝胶复合材料有利于提高高负载电极的电化学性能。 收起