二氧化锰制备工艺及其性能研究

以高锰酸钾(KMnO_4)和硫酸锰(MnSO_4·H_2O)为原料,氯化铁(FeCl_3)为铁源,分别制备二氧化锰(MnO_2)粉末、磁场辅助MnO_2粉末和磁场辅助铁掺杂MnO_2粉末。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射(XRD)分别对样品的形貌和结构进行表征,并使用电化学工作站测试样品的电化学性能。测试结果表明,脉冲磁场环境和铁离子掺杂都明显改善了MnO_2的电性能。当电流密度为2 A/g时,脉冲电磁场辅助得到的铁掺杂MnO_2的比电容为992 F/g。     

铝掺杂二氧化锰纳米线的制备及其电化学性能

采用水热法以KMnO_4和MnSO_4为原料,Al(NO_3)_3为铝源,制备出了Al掺杂的二氧化锰纳米线。通过扫描电子显微镜(SEM)和X线衍射仪(XRD)分别对样品的形貌和结构进行表征,并使用循环伏安法(CV)、恒流充放电等方法研究了样品的电化学性能。结果表明,当添加适量Al(NO_3)_3制备出直径约?10nm、长约80nm的纳米球线。当Al(NO_3)_3的摩尔比为1mmol,电流密度为2mA/cm~2时,面电容为1 127mF/cm~2,比相同条件下纯二氧化锰容量高65%,表现出良好的电化学性能。     

电解液对二氧化锰电化学性能的影响

利用水热法分别制备了MnO_2纳米线和纳米球。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)对两种形貌的MnO_2粉末进行表征,并使用循环伏安法(CV)、恒流充放电(GCD)和交流阻抗测试研究MnO_2电极材料在KOH和Na_2SO_4电解液下的电化学行为。结果表明,MnO_2纳米球形成机理为:先溶解后聚集并呈各向异性生长状态。在2 mol/L KOH或3 mol/L Na_2SO_4电解液中的MnO_2纳米球性能均优于纳米线,比电容分别为756.44 F/g和333.65 F/g;与MnO_2纳米线对比,MnO_2纳米球的比电容分别提高了59.06%和52.14%。经分析可知,MnO_2材料与电解液之间存在一定的匹配性关系。     

碳包覆改性二氧化锰电极材料的制备和性能

先以高锰酸钾(KMnO₄)和硫酸锰(MnSO₄·H₂O)为原料用电脉冲辅助氧化还原法制备二氧化锰(MnO₂)粉末,再以葡萄糖(C₆H₁₂O₆)为碳源用液相烧结法制备出不同碳包覆量的MnO₂/C复合材料,研究了碳包覆量对材料的形貌、结构和电化学性能的影响。结果表明,碳的加入使MnO₂晶型由γ型转变为α型,葡萄糖加热分解后生成无定型的碳覆着在二氧化锰颗粒的表面,抑制了晶粒生长而使晶粒细化。充放电测试结果表明,在葡萄糖浓度为1.5 g/L、电流密度为2 A·g^-1条件下二氧化锰的比电容为722.2 F·g^-1。与包覆二氧化锰前比较,包覆后比电容提高了64.6%。经过4000圈充放电循环后电容保持率为74.72%,表现出良好的电容特性和循环性能。