MnO2竹炭超级电容器电极材料的性能.pdf

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1、第37卷第2期北京化工大学学报(自然科学版)Vo1．37，No．22010正JournalofBeringUniversityofChemicalTechnology(NaturalScience)201OMnO2／竹炭超级电容器电极材料的性能宁娈陈晓红h宋怀河岳永德(1．北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室，北京100029；2．国际竹藤网络中心，北京100102)摘要：采用机械球磨法将竹炭和MnO：按不同比例复合，得到一系列不同配比的MnO：／竹炭电容器电极复合材料，对其进行扫描电子显微镜(SE

2、M)，x射线衍射(XRD)和热重分析(TG—DSC)，并进行循环伏安和电化学充放电测试。结果发现，当MnO在复合材料中的质量分数为1％时，电极比容量可以达到338F／g，100次循环后维持在260F／g，显示很好的电化学性能。关键词：竹炭；MnO：；超级电容器中图分类号：TM53；TM91I具有更广阔的应用前景H。刘献明等通过化学引言共沉淀方法制备了MnO：／C超级电容器复合电极材超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间料。Li等制备了MnO：和炭气凝胶复合材料。的储能器件，比容量是传统电容器的20～20

3、0倍，比Xie等制备了MnO／多壁炭纳米管复合电极材功率一般大于1000W／g，循环寿命大于10次，具有料。Lei等制备了MnO：和中孔炭的复合电极材高的比功率，同时兼有电池的高比能量⋯。根据储料。存电能机理的不同，超级电容器可以分为双电层电竹炭作为一种炭材料，来源于可再生的生物质容器和法拉第准电容器(又称赝电容)。双电层电原材料——竹子，具有资源丰富，制备简单，导电性容器的电极材料主要是多孔炭材料，如活性炭，炭气好，比表面积大，富含中孔等特点，竹炭与MnO：按凝胶，碳纳米管，炭黑等。它们作为电极材料具有

4、循不同比例机械复合可以制备一系列复合材料，将其环寿命好的优点，但是比容量偏低。法拉第准电容用于超级电容器电极材料十分有利于提高竹材的附器的电极材料主要是金属氧化物，如，二氧化铷，二加值。本文使用SEM和XRD研究复合材料的形貌氧化钌，MnO：等，这类电容器具有容量高的特点，和晶型，并对其进行热重分析的基础上，重点考察了但在充放电过程中由于发生法拉第电子转移，循环复合材料在30％浓度的KOH水溶液中的电化学性能。性能差。为了充分利用材料在电容器方面的优势，复合l实验部分材料的开发成为目前人们研究的热点，其中

5、金属氧1．1主要原材料化物与碳材料的复合成为热点之一。金属氧化MnO，分析纯，粒度为10I．Lm左右，广东汕头市物中氧化钌具有较好的电化学性能，但资源有限，价西陇化工厂生产，使用前在马弗炉中400oC煅烧2格昂贵。MnO，不仅避免了这些缺点，又具有和氧h；天然石墨，市售；竹炭粉(BC)，浙江富来森中竹科化钌一样的高比容量，因此MnO：逐渐替代氧化钌，技股份有限公司生产，由毛竹锯断烧制加工而成，竹将其与炭材料复合得到的复合材料在超级电容器中炭灰分含量5．84％，对竹炭进行N：吸脱附表征，其收稿日期：2009

6、—50—20比表面积和孔分布如表1。基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目(2008BADA9B05)1．2MnO：／竹炭电极材料的制备第一作者：女，1985年生，硕士生将MnO：按质量分数0，1％，20％，80％，100％通讯联系人与竹炭混合，球磨5h得到复合电极材料，过30mE-mail：Chenxh@mail．buct．edu．cn筛，分别记为BC，1％MnO／BC，20％MnO／BC，80％北京化工大学学报(自然科学版)MnO：／BC和MnO。将复合材料、导电剂石墨按质行，使用空气气氛，升温速度

7、为10℃／min。量比70：20混合均匀，加入几滴乙醇分散0．5h，然采用三电极体系，Hg／HgO作为参比电极，镍网后加入聚四氟乙烯作为粘结剂压制成片，在100℃作为辅助电极，电解液为30％质量分数的KOH溶下干燥2h，接着压制在直径为1．5cm的泡沫镍圆液，在LANDCT2001A型充放电测试仪上进行电化片上。学充放电测试，在CHI660B型CHI电化学工作站进行循环伏安测试，电压范围在0．Ol～0．9V。表1竹炭的比表面积和孔分布Table1Thespecificsurfaceareaandpores

8、tructure2结果与讨论ofbamboocarbon2．1MnO：／竹炭的微观形貌图1为不同配比的MnO：和竹炭复合材料的扫描电子显微镜图片。从图1(a)可以看出，BC为矿石型不规则颗粒。从图1(e)可以看出，MnO：为微1．3MnO：／竹炭的表征与测试米级球形颗粒。从图1(b)，(C)，(d)看出，MnO分NOVA4200e型比表面及孑L隙度分析仪进行N：散在BC表面和周围，有的MnO颗粒分散在竹炭颗吸脱附测试。日本理学