高导电三明治状MnO_2/CNTs/MnO_2介孔材料的制备及其赝电容性能

MnO_2具有低成本、无毒性、高天然丰度和优异的理论比电容等优点,被认为是一种极具前景的超级电容器(SC)电极材料。赝电容电极材料MnO_2仍然存在导电性差以及充放电过程中易剥落的问题。本文利用恒电流沉积的方法在硝酸预氧化处理的碳纸表面制备了一种MnO_2/CNTs/MnO_2复合电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮吸附测试证明,所制备的复合材料具有一种三明治状的夹层结构,同时富含5 nm左右的介孔,介孔结构能够保证电解液离子的高效传输。采用三维立体的碳纸能够为MnO_2提供丰富的附着位点,而电沉积法合成的α-MnO_2生长在有效的导电位点上,具有蓬松多孔的形貌,在MnO_2发生膨胀/收缩过程中,这种海绵状形貌可以有效降低材料受到的膨胀应力。中间层碳纳米管(CNTs)相互搭接于内外两层MnO_2之间,作为一种导电中继,提高了复合材料的导电性。该复合材料具有优异的电化学性能:在0.1 A·g~(-1)的电流密度下,能够获得428.8 F·g~(-1)的可逆比电容,并在5 A·g~(-1)的高电流密度下仍能具有80%的电容保持率。同时,电极表现出优异的循环稳定性,在1 A·g~(-1)循环6000次之后比电容仅衰减5%。     

MnO2纳米空心球的制备及其电化学性能

采用水热法通过添加Ce离子制备了MnO₂纳米空心球电极材料。Ce离子对MnO₂的形貌和结晶程度有很大的影响,添加Ce离子后生成由纳米棒组成的中空球,中空球比表面积(BET)达到315.2 m²·g^-1。MnO₂电极电化学测试结果表明:当铈锰摩尔比为0.2时电极材料具有较好的电化学性能,其比电容达到178.6 F·g^-1,与未加Ce离子相比其比电容提高了2.6倍,而且经过1000次循环稳定性测试后比电容仍保留了90.5%。这些结果表明添加Ce离子有利于形成中空结构,并提高了MnO₂电极的比电容。     

MnO2基超级电容器电极材料

超级电容器作为一种新型的储能装置,具有长寿命、高功率等特点,在诸多领域内有广泛的应用前景。在影响超级电容器性能的所有因素中,电极材料的性能起着决定性的作用。二氧化锰(MnO₂)具有原料易得,价格低廉,来源广泛,环境友好等优点。综述了MnO₂超级电容器电极材料的储能机理,纳米MnO₂的微观结构与电化学特性之间的关系,并从纳米MnO₂的制备及其综合改性角度,综述其合成、掺杂改性、复合方法在MnO₂基电极材料的新进展,指出了MnO₂基超级电容器电极材料的主要研究方向。     

多孔氮掺杂石墨烯/MnO2的制备及其电化学性能

用双氧水造孔得到多孔氧化石墨,以尿素为氮源,通过水热法得到了多孔氮掺杂石墨烯(HNG)与MnO2的复合物HNG/MnO2.结果 表明:HNG/MnO2在0.5 A/g电流密度下的比电容可以达到246 F/g,当电流密度达10 A/g,比电容为172 F/g,可以保留70％的比电容.将HNG/MnO2作为正极与石墨烯水凝胶负极组装的非对称超级电容器,在0.5 A/g可以贡献71 F/g的比电容,当电流升至5 A/g仍可有43 F/g的比电容,保持率为62％.此外,非对称超级电容器在5 A/g的电流密度下,稳定循环3000圈后仍可保留90.8％的初始容量.     

MnO2/MCNTs的制备及电容性能的研究

利用酸处理使多壁碳纳米管(MCNTs)表面功能化,继而结合原位化学液相沉淀法,成功制备了MnO2/MCNTs二元复合材料,并采用XRD、FTIR、SEM和TEM研究了材料的晶体结构和表面形态,运用循环伏安和交流阻抗方法研究其电化学性能.结果表明:MnO2/MCNTs二元复合材料的电容性能优于纯MnO2,且不同的MCNTs管径及长度对MnO2/MCNTs二元复合材料电化学性能及表面有影响.     

超级电容器用无定形MnO2的制备及性能

采用液相氧化还原法制备了无定形态MnO2。通过XRD、SEM、循环伏安及恒电流充放电测试对产物的物理及电化学特性进行了研究。结果表明:200℃热处理后的材料仍保持无定形态,呈形貌规则的球形。以3 mol·L-1 KOH为电解液,充放电电流为200 mA·g-1,未热处理的材料50周期比电容达到332.1 F·g-1,但500周期容量保持率仅为57.5%。200℃热处理后的材料比电容稍有下降,50周期为231.2 F·g-1,但循环性能明显提高,500周期容量保持率高达97.9%,能够满足超级电容器的需要。     

C@MnO_2复合物的制备及其电化学性能

采用水热法,通过控制KMnO_4浓度,制备出不同C/Mn比例的球体复合材料,应用于超级电容器,探讨不同C/Mn比例对比电容的影响。结果表明,在0.5 mol/L Na_2SO_4电解液中,CSM-3最高比电容可达216 F/g,1 A/g电流密度下恒流充放电400次,容量衰减不到4%,循环稳定性良好。简要分析了复合材料电极过程中双电层电容和赝电容对总电极容量的贡献。     

C@MnO_2复合物的制备及其电化学性能

采用水热法,通过控制KMnO_4浓度,制备出不同C/Mn比例的球体复合材料,应用于超级电容器,探讨不同C/Mn比例对比电容的影响。结果表明,在0.5 mol/L Na_2SO_4电解液中,CSM-3最高比电容可达216 F/g,1 A/g电流密度下恒流充放电400次,容量衰减不到4%,循环稳定性良好。简要分析了复合材料电极过程中双电层电容和赝电容对总电极容量的贡献。     

橡胶木纤维素纳米纤丝/二氧化锰/碳纳米管柔性电极材料的制备及表征

以橡胶木为原料,通过化学处理得到橡胶木纯化纤维素(PCF),在此基础上通过高速剪切结合超声波处理制备得到纤维素纳米纤丝(CNF)。通过单相合成法制备二氧化锰(MnO₂)纳米片。以CNF为结构支撑体,MnO₂纳米片和碳纳米管(CNTs)作为活性电极物质,通过真空抽滤的方式制备CNF/MnO₂/CNTs柔性电极材料。采用多种手段对CNF、MnO₂以及电极材料的结构性能进行表征,并测试了电极材料的电化学性能。结构性能表征结果表明：CNF的直径为3~10 nm,具有大的长径比,是很好的结构支撑体,CNF为纤维素Ⅰ型结构;MnO₂纳米片为片层花瓣状结构,晶型为δ型。电化学性能测试结果表明：在扫描速率为50 mV/s时电极材料的比电容值为78.45 F/g,在电流密度为0.1 A/g时的电极材料比电容值为97.02 F/g,在低频区时,交流阻抗(EIS)曲线的直线部分斜率较大,表明电极材料具有良好的电容特性,在200次充放电循环测试过程中,电极材料的电容保留率始终维持在99%左右,表明该电极材料具有良好的电化学性能并且具有一定的柔性变形能力,可用作超级电容器的电极材料。     

MnO2的制备及其在电化学电容器中的应用

在不同的pH值下，以KMnO4氧化Mn(NO3)2分别合成2种化学MnO2. 晶体结构和晶型经X射线衍射仪和X射线扫描电镜检测，表明pH值对晶体形成有一定的影响. 在-0.3~0.6 V(相对Hg/HgO电极电位)范围用循环伏安法研究两种材料的电化学性能，结果显示它们具有静电电容特征. 活性炭作为对电极组成混合型电化学电容器与MnO2相同电极对称型电化学电容器相比，工作电压窗口和比电容都得到了提高. 恒流充放电显示，对称结构电极比电容分别为262和302 F/g；不对称结构电极比电容为348和342 F/g，具有较好的大电流放电能力和循环寿命.     

Electrochemical properties of MnO2/CNT nanocomposite in neutral aqueous electrolyte as cathode material for asymmetric supercapacitors

A MnO₂/carbon nanotube (CNT) nanocomposite was synthesised using a simple hydrothermal treatment. The nanocomposite exhibits a CNT core/MnO₂ porous sheath hierarchy architecture, which makes it promising as an electrode material for supercapacitors. An asymmetric supercapacitor based on activated carbon (AC) as anode, MnO₂/CNT nanocomposite as cathode and 1M Na₂SO₄ solution as electrolyte was assembled in a Swagelok cell. The full cell exhibits excellent power capability, cycling stability and a high energy density of 23 W h/kg at a power density of 330 W/kg based on the total mass of the active electrode materials. This AC//MnO₂/CNT asymmetric supercapacitor is promising for high-power applications due to its high energy density and power density.     

碳纳米管增强环氧／石墨复合材料的制备与性能研究

采用粉末冶金法制备了碳纳米管增强环氧／石墨复合材料,并研究了酸洗处理对复合材料弯曲强度、硬度和导电性能的影响。结果表明：与未处理碳纳米管相比,酸处理的碳纳米管增加了环氧／石墨复合材料的弯曲强度和硬度,降低了电阻率。酸处理的碳纳米管增强环氧／石墨复合材料的弯曲强度达到21．9MPa,比未添加碳纳米管时提高了近22％;同时复合材料的硬度达到最大值21．7HS,比未添加碳纳米管时提高了近10％;复合材料的电阻率达到了最小值45036μΩ·cm,比未添加碳纳米管时复合材料的电阻率降低了近17％。     

Electrooxidation of Mn(II) to MnO2 on graphite fibre electrodes

Electrooxidation of Mn²⁺ to MnO₂ on carbon felt and carbon cloth electrodes (C-materials) in a weak sulfuric acid electrolyte was investigated using stationary and rotating electrodes. These materials exhibit better performance than more conventional materials such as lead. Scanning electron micrographs of the deposits show a uniform cylindrical growth of MnO₂ encapsulating the carbon fibres. The deposits spontaneously fracture following straight-lines indicating a fibrous microstructure. X-ray diffraction reveals a -MnO₂ structure for all deposits.     

细菌纤维素/碳纳米管/MnO2复合超级电容器电极

基于细菌纤维素(BC)的三维多孔及柔性支架结构和碳纳米管(MWCNT)的优良导电性,构筑起BC/MWCNT自支撑导电基底。其中,二者通过氢键紧密结合,协同赋予复合基底优良的电导率和机械性能。然后将二氧化锰(MnO₂)电沉积在该基底上,构建了一种新型的BC/MWCNT/MnO₂薄膜电极。BC/MWCNT复合膜的多孔结构、电解质吸收特性及蜂窝状活性MnO₂纳米片的桥连结构,赋予其出色的电化学性能(在1 mA cm_-2^{的电流密度下},其面积比电容和质量比电容分别达到1.17 F cm_-2^和200 F g_-1⁾和显著的循环稳定性(在20 mA cm_-2^{的电流密度下进行}10000次循环后,其比电容保留率稳定在96%)。这种无粘合剂的薄膜电极制备简便且成本低廉,在开发柔性储能器件方面具有巨大潜力。关键词：细菌纤维素(BC);碳纳米管(MWCNT);二氧化锰(MnO₂);膜电极;电化学性能中图分类号：TQ630 文献标识码： A 文章编号：1003-5214 (2020) 01-0000-00     

UHMWPE/CNTs复合纤维的制备及其性能研究

通过对碳纳米管(CNTs)进行纯化功能化处理,采用凝胶纺丝制备了UHMWPE/CNTs复合纤维;利用激光拉曼光谱研究了纤维中CNTs的取向排列、结晶结构,探讨了复合纤维的蠕变性能及力学性能。结果表明:经纯化和功能化的CNTs轮廓清楚,在白油中的分散稳定性大大提高,随着纤维拉伸倍数的提高,CNTs趋向于沿着纤维取向方向排列,纤维结晶度提高;随着CNTs含量的增加,复合纤维的拉伸强度和杨氏模量呈现先升高后下降趋势,而断裂伸长率和蠕变率逐渐下降;添加质量分数2%的CNTs的复合纤维同UHM-WPE纤维相比,其蠕变量降低,拉伸强度和杨氏模量分别提高了29.3%和18.9%。     

无定形二氧化锰的绿色合成及其电容行为

以高锰酸钾和聚乙二醇(PEG400)为原料,采用化学沉淀法制备了无定形二氧化锰。借助XRD、TEM、BET、循环伏安、计时电位等手段对所得材料的物理与化学性能进行了表征。结果表明:所得产物为无定形α-MnO2,其在1M Na2SO4溶液中,电位窗口为-0.2~0.8V(vs.SCE)时具有良好的电容特性。研究表明,高锰酸钾与聚乙二醇质量比为1∶2.5(wt%)时所得粉体比表面积最大,其比电容也最高,0.5Ag-1的电流密度下比容量达到了200.5 Fg-1。     

Potential of MnO2-based composite and numerous morphological for enhancing supercapacitors performance

The development of materials and electrochemical energy storage (EES) technologies are currently taking the lead and showing excellent performance in the global effort to tackle the issues of sustainable energy supply. Supercapacitors have been widely studied among the EES technologies as they exhibit quick charging rates under high-power conditions. Manganese dioxide (MnO₂) has attracted renewed interest as a promising material due to its high theoretical capacitance and high energy density. However, the widespread application is immediately impacted by low conductivity. Hence, combining nanomaterials and various morphologies of MnO₂ can improve the electrochemical performance of supercapacitors. This paper presents a review based on the composites of nanomaterials/MnO₂ with various morphologies. Their mechanism and practical applications in supercapacitors are introduced in detail. Finally, the challenges and next steps in developing MnO₂ electrode materials are proposed.