电沉积制备MnO2-C超级电容器电极材料的研究

开题报告,电沉积制备MnO2/C超级电容器电极材料的研究,指导老师：邵光杰,小组成员：杨武倪香李倍,2012年10月,目录CONTENTS,1.立项背景2.课题主要内容与基本思路3.项目的创新点4.预期成果5.研究进度及具体时间安排6.经费预算,立项背景,超级电容器（Supercapacitor），即电化学电容器，是一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能装置。超级电容器兼有电池高比能量和传统电容器高比功率，可快速充放电，使用寿命长（循环次数高达105106），维护方便简单，对环境无污染等特点，是一种新型、高效、实用的能量存储元件。在各领域的应用十分广泛。,立项背景,随着科技的不断发展和人类的进步，传统石化能源为世界经济做出了巨大贡献，同时也给全球生态带来了严重的负面影响；寻找并开发新型的可再生能源成为亟待解决的问题，超级电容器因其广泛的应用前景和潜在的巨大商业价值引起了众多研究者的关注。当前，超级电容器在混合燃料汽车、电动汽车、特殊载重汽车、国防、通信、航空等方面的需求量非常大，并以很高的速度增长，成为全球电源领域内的新亮点。与其他储能电源相比超级电容器有很明显的优势，但它在整个能量储存装置市场中所占份额其实还很小，因此其市场前景非常广阔。,立项背景,二氧化锰是一种多晶型氧化物，常温下性质稳定，为棕黑色或黑色粉末状固体。由于MnO6八面体基本单元连接方式不同，MnO2具有比较复杂的晶格结构，二氧化锰电极材料其储量丰富、价格低廉、环境友好、具有较高的能量密度及功率密度、循环寿命良好，可用于电化学电容器或储能电池的研究,二氧化锰粉末是一种半导体材料，电阻率较高，难以满足超级电容器高功率输出的需要，由于C掺杂的电极材料能利用各组分间的协同效应提高整体性能，所以比单纯二氧化锰以及导电聚合物具有更好的应用前景，我们所制备的就是二氧化锰/炭复合材料。,课题研究内容及基本思路,本实验主要是在寻找二氧化锰最优电沉积制备工艺。主要研究内容简介如下：(1)以醋酸锰为原料，石墨板为阴极，采用脉冲电沉积的方法在阳极基体上制备三维网状二氧化锰。通过实验探讨不同脉冲频率、占空比、电流密度、电解液浓度及电沉积温度等单因素变量对沉积产物电化学性能的影响，从而确定最佳的二氧化锰制备工艺。,二氧化锰电极的制备工艺,(2)在脉冲电沉积过程中，基体类型对二氧化锰的形貌及性能影响较大，本实验分别选取镀铂钛板、金属镍板、不锈钢板和金属钛板为基体，寻找最优基体，并对最终产物进行各种形貌与电化学性能测试。,电化学测试装置示意图,(3)对最优工艺下制备的二氧化锰材料进行掺杂改性，考察碳对二氧化锰结构和性能的影响，确定最佳掺杂量,项目的创新点,超级电容器二氧化锰电极材料因其储量丰富、价格低廉、环境友好及电化学性能优良等特点，近年来成为倍受重视的超级电容器电极材料，吸引了人们越来越多的目光。如何提高二氧化锰材料的比表面积、比容量及其循环性能，降低材料电阻率等问题仍是目前的研究重点。二氧化锰/炭复合材料YangYJ等用溶胶凝胶法将MnO2与鳞片状石墨复合成MnO2/EG材料。结果表明，在6mol/LKOH溶液中，循环伏安扫描速度10mV/s时，MnO2/EG材料比容量为398F/g。曾双双等直接还原高锰酸钾(KMnO4)制备了碳纳米管(CNT)/MnO2复合材料。研究发现，MnO2均匀地包覆在CNT表面，包覆层厚度为几到十几纳米。在2mol/L(NH4)2SO4电解液中，以1A/g、20A/g电流密度充放电时，材料的比电容分别为200.3F/g和120.8F/g。以20A/g循环2000次后，电容保持率为94.7%。,本实验以廉价的过渡金属氧化物二氧化锰为研究对象，以提高其充放电比容量和循环性能为目标，研究MnO2/C超级电容器电极材料，MnO2电极材料中掺杂C元素后沉积产物中没有生成新的物相。当电解液中C浓度为10mMol/L时产物的电化学性能最优，0.5A/g电流密度下放电比容量由掺杂前的289.9F/g提高到345.5F/g，并且该样品在较大电流密度下的循环稳定性良好，经100次充放电循环，1.0A/g、1.5A/g和2.0A/g电流密度下的放电比容量分别由初始值298.2F/g、275.5F/g、258.2F/g上升至300.0F/g、283.6F/g和265.5F/g,预期成果,研究进度及其时间安排,2012.102012.11查阅相关资料，对实验有一定的认识；并确认课题电沉积制备MnO2/C超级电容器电极材料的研究。,2012.122013.1设计实验流程，用电沉积法制备MnO2粉末，并制作电极和超级电容器。,2013.22013.5探究脉冲电沉积制备MnO2最优条