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锰的氧化物/氢氧化物薄膜电极的制备及电容特性

作　者: 彭满芝
导　师: 徐国荣
学　校: 湖南科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 超级电容器 氧化锰 氢氧化锰 电化学沉积法
分类号: O646.54
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 53次
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内容摘要


超级电容器具有电池所没有的优良特性，充放电快、使用寿命长。本文以廉价的锰的氧化物/氢氧化物作为超级电容器的电极材料，直接改变电极材料的比表面积来提高锰的氧化物的电容性能，同时采用多种电化学研究方法和物理测试手段来研究并分析了材料的制备，电容特性和影响因素等问题。本文主要内容可以概括为以下三点：（1）运用液晶模板剂作用于不锈钢表面，电化学方法腐蚀不锈钢基体，得到多孔的不锈钢电极基体，从而有效增加了电极基体的比表面积。电镜图表明：腐蚀后的不锈钢基体表面出现多孔化，孔径大小不一，最小的只有几十纳米，最大接近微米，分布没有明显规律。制备得到的二氧化锰具有良好的电容特性，充放电时间长。沉积电量在0.4C时，二氧化锰质量比电容达到400F/g，电量在4～5C时，二氧化锰的面积比电容为320×10-3F/cm2，它的质量比电容仍保持在200F/g。（2）在硫酸锰、硫酸锌及硝酸根离子的混合溶液中，以钛片为电极基体，阴极还原反应沉积锰和锌的氢氧化物，在碱性溶液中进行有选择性的溶解氢氧化锌得到氢氧化锰电极片。扫描电镜图观察到刺球状小颗粒，分布较均匀。用循法伏安法检测了氢氧化锰的电容特性，质量比电容最大可达387F/g，最大的面积比电容可达150mF/cm2。其循环性能较稳定，在循环1200次后的电容量相对于循环400次时的电容量只减少了5.4%。（3）通过在光滑钛基片上先沉积一层锌镍合金，将基体置于2mol/L的氢氧化钾溶液中，有选择性的将锌镍合金中的锌溶解，从而得到多孔的镍钛基体。将其作为电极基体，在其表面沉积一层氢氧化锰，制备出氢氧化锰电极。当电解液中锌离子浓度在0.1mol/L时基体沉积得到的镍基钛基片的表面积达到最大值，从扫描电镜图中可以观察出电极基体表面呈现了具有一定规则的多孔结构，且分布比较均匀，在这种条件下得到的氢氧化锰电极其电容量可以高达350F/g。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 超级电容器的研究背景及其现实意义  10
  1.2 超级电容器的特点、工作原理及应用  10-13
    1.2.1 超级电容器的结构  10-11
    1.2.2 超级电容器的工作原理  11-13
    1.2.3 电化学电容器用途  13
  1.3 超级电容器电极材料介绍  13-17
    1.3.1 碳电极材料  14
    1.3.2 导电聚合物  14-15
    1.3.3 过渡金属氧化物/氢氧化物  15-17
  1.4 氧化锰储能机理和制备方法  17-19
  1.5 本课题研究的主要内容及其意义  19-22
第二章 实验方法与原理  22-26
  2.1 主要试剂与使用仪器  22-23
    2.1.1 实验主要设备及仪器  22-23
    2.1.2 实验试剂  23
  2.2 实验的制备方法和测量方法  23-26
    2.2.1 实验制备方法  23-24
    2.2.2 循环伏安法（CV）  24
    2.2.3 恒流充放电  24-26
第三章 多孔不锈钢基二氧化锰薄膜电极的制备及电容特性研究  26-34
  3.1 引言  26
  3.2 实验部分  26-27
    3.2.1 制备液晶模板腐蚀液  26
    3.2.2 电极的准备  26
    3.2.3 测试电极的电化学性能  26-27
  3.3 实验结果与讨论  27-33
    3.3.1 腐蚀液中液晶相光学特征  27
    3.3.2 电极形貌特征  27-29
    3.3.3 二氧化锰薄膜电极电化学特征  29-33
  3.4 结论  33-34
第四章 刺球状氢氧化锰电极的制备及其电容特性研究  34-46
  4.1 引言  34
  4.2 实验部分  34-35
    4.2.1 电解液溶液的制备  34
    4.2.2 基片处理  34
    4.2.3 电极制备及其原理  34-35
    4.2.4 测试电极的电化学性能  35
  4.3 结果与讨论  35-43
  4.4 结论  43-46
第五章 多孔镍基氢氧化锰薄膜电极的制备及电容性能的研究  46-56
  5.1 引言  46
  5.2 实验部分  46-47
    5.2.1 电解液溶液的制备  46
    5.2.2 基片的处理  46
    5.2.3 电极制备及其原理  46-47
    5.2.4 电极基体及电极片电化学性能测试  47
  5.3 试验结果与讨论  47-55
  5.4 结论  55-56
第六章 结论与展望  56-58
参考文献  58-64
致谢  64-65
附录  65

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 电化学、电解、磁化学 > 电解与电极作用 > 电极过程
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