氧化锰多层次纳米结构超级电容器电极材料的研究

超级电容器是一种新型储能器件，本项目以MnO2为研究体系，利用其独特的多种可调隧道结构，提出通过集成不同层次结构 (如一维纳米结构、孔结构、隧道结构)形成超薄电极的设想，控制合成MnO2纳米管/纳米棒或在各种导电基板上自组装MnO2一维纳米结构薄膜。通过调控各种工艺过程和工艺条件，发展制备多层次纳米结构MnO2电极材料的新方法，并研究一维纳米MnO2可控生长的条件及生长动力学。探讨纳米尺度下电极材料的表面、电化学界面、离子传输的规律，对多层次结构薄膜电极的电化学性能进行研究，探讨其多层次纳米结构如维度、尺度、表面、界面、孔结构等与性能的相关性，建立多层次纳米结构薄膜的物理化学特性与其电极电化学行为的关系。对各种MnO2电极材料的循环稳定性进行研究，探讨电化学稳定性机理，以求获得高比容量、高循环稳定性的氧化锰电极材料，为超级电容器的快速发展奠定基础。

超级电容器是一种新型储能器件，过渡金属氧化物作为良好的赝电容器电极材料成为当前的研究热点。MnO2因其价格低廉、电化学窗口宽、理论比电容大、环境友好等特点备受研究者青睐。本项目选择过渡金属氧化物MnO2为研究对象，通过调控各种工艺过程和工艺条件，发展了制备多层次纳米结构MnO2电极材料的新方法，探讨了其多层次纳米结构与性能的相关性，建立了多层次纳米结构薄膜的物理化学特性与其电极电化学行为的关系。采用水热法，在硫酸锰和高锰酸钾反应体系中，通过控制工艺条件，分别制备出α，β，γ，δ四种晶型和不同形态的MnO2纳米材料，在一个反应体系中实现了MnO2纳米材料晶相和形态的控制生长。对不同晶型的MnO2电极材料的电化学性能进行研究，γ- MnO2性能最优。为改善电极材料的性能，将MnO2与CNTs、聚合物进行复合。当CNTs的加入量为20%时，γ- MnO2/CNTs复合材料放电比电容提高，循环稳定性有所改善。MnO2/PANI复合材料(MnCl2:苯胺比例为2:1)，比电容和循环稳定性均得到了很大的提高。此外，还制备出片状多层次结构α-Ni(OH)2/NiO微球，比表面积高达182.9m2/g。由于其多层次结构及热处理温度形成的敞开夹层结构，使该材料具有良好的超级电容性能和大电流放电特性。该项目的研究，获得了高比容量、循环稳定性好的氧化锰电极材料，为超级电容器的发展奠定了一定基础。