溶膠_凝膠法制備超級電容器納米電極材料

1、第29卷第10期2007年10月武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)JOURNA L OF WUHAN UNIVERSIT Y OF TECHN OLOG Y Vol. 29No. 10Oct. 2007溶膠2凝膠法制備超級電容器納米電極材料 門傳玲, (摘要:采用溶膠。借助X 射線衍射(XRD 、透射電子顯微鏡(TEM 2MnO 2。粒徑分布均勻, 約在20nm 左右。在2mol/L (NH 4 2SO 4, 0. 10. 8V (vs SCE 范圍內(nèi), 通過循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn), 顯示出氧化錳復(fù)合電極具有較好的電容特性。關(guān)鍵詞:溶膠2凝膠; 超級電容器; 氧化錳; 電容特性中圖分類號:TM 53; TM 911文獻(xiàn)標(biāo)

2、志碼:A 文章編號:167124431(2007 1020134203Preparation of N ano 2manganese Dioxide Electrode Materials forSupercapacitors by Sol 2G el MethodM EN Chuan 2li ng , ZHA N G Qi ng 2hua(University of Shanghai for Science and Technology , Shanghai 200093,China Abstract :Nano 2manganese dioxide electrode materials

3、for su percapacitor applications were synthesized by sol 2gel method and characterized with X 2ray diffraction (XRD , transmission electron microscopy (TEM . The results showed that the dominant phase is 2MnO 2and the particle had a uniform size distribution of about 20nm. In 2mol/L (NH 4 2SO 4solut

4、ion , cyclic voltammograms with the potential window range from 0. 1to 0. 8V (vs. SCE indicated a fairly good capacitance performance. K ey w ords :sol 2gel ; super capacitors ; nano 2manganese ; capacitance performance超級電容器是本世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的新型儲能產(chǎn)品之一。它是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型組件, 比傳統(tǒng)電容器具有更高比電容量和能量密度, 與電池相比具有更高的功率密度

5、, 在移動(dòng)通訊、信息技術(shù)、工業(yè)領(lǐng)域、消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車、航空航天和國防科技等方面具有重要和廣闊的應(yīng)用前景, 已成為國際上研究熱點(diǎn)1,2。超級電容器分為雙電層電容器和贗電容器, 其中贗電容器具有比雙電層電容器更高的比容量, 因此更具有發(fā)展?jié)摿?。贗電容器的電極材料主要是過渡金屬氧化物, 如氧化釕、氧化鎳、氧化鈷和氧化錳等。目前, 贗電容電容器研究最成功的是氧化釕/硫酸體系, 但氧化釕價(jià)格高昂, 且硫酸溶液對集流體要求較高, 從而限制了氧化釕的廣泛應(yīng)用。而氧化鎳和氧化鈷存在電化學(xué)窗口過窄, 對提高能量密度不利。氧化錳作為超級電容器電極材料的研究剛剛興起, 且氧化錳資源廣泛, 價(jià)格低廉, 環(huán)境友好,

6、具有多種氧化價(jià)態(tài), 電化學(xué)窗口較寬, 電化學(xué)性能好, 因此倍受研究人員的關(guān)注3。近年來, 氧化錳的制備方法有所進(jìn)展, 已經(jīng)報(bào)道的有電化學(xué)沉積法、熱分解法、低溫固相反應(yīng)法、液相共沉淀法等4。實(shí)驗(yàn)采用溶膠2凝膠(sol 2gel 法制備超級電容器用納米氧化錳電極材料。用TEM 、XRD 對其進(jìn)行表征, 通過循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)對其電容特性進(jìn)行研究。收稿日期:2007206229.作者簡介:門傳玲(19702 , 女, 講師, 博士. E 2mail :anziloveling. cn第29卷第10期門傳玲, 等:溶膠2凝膠法制備超級電容器納米電極材料1351實(shí)驗(yàn)1 氧化錳材料的制備和表征稱取一定量醋酸錳溶

7、解于蒸餾水中加入少量檸檬酸, 完全溶解后, 用氨水調(diào)其p H 值為6左右。5070下脫水得淡粉色濕凝膠。在110120下進(jìn)一步失水得干凝膠, 研細(xì)后在馬弗爐中300下煅燒17h , 得到棕黑色粉末樣品。樣品的形貌使用J EM 22010型透射電子顯微鏡進(jìn)行分析。XRD 譜是在D/max 2550V 型X 射線衍射儀上測得,Cu K 為X 射線源。2 電極的電化學(xué)測試將氧化錳樣品與超細(xì)活性炭混合后, 按照MnO 2/超細(xì)活性炭乙炔黑、PTFE 以410. 25的質(zhì)量比進(jìn)行均勻混合, , 在12MPa 壓力下壓成面積為2cm 2的電極。2mol/L 的(N H 4 24/極為工作電極, 飽和甘汞電

8、極(SCE 為參比電極, , (CV 實(shí)22. 1采用凝膠2溶膠法來制備納米級的氧表1檸檬酸和醋酸錳濃度比對形成溶膠的影響化錳粉體, 首先面臨的問題是如何制備好Ratio 10. 60. 50. 450. 40. 30. 20. 1的溶膠, 為此進(jìn)行了合成膠體最佳條件的S ol NON E NON E HAV E HAV E HAV E HAV E HAV E HAV E 選擇。在制備溶膠時(shí), 原料起始濃度, 溶液p H 值, 反應(yīng)物濃度之比等均影響膠體的形成及其穩(wěn)定性。在溶液p H 值相同的條件下, 考察原料起始濃度之比對溶膠形成的影響, 如表1所示, 檸檬酸和醋酸錳摩爾濃度之比應(yīng)在0. 1

9、0. 6之間, 才能形成溶膠。2. 2材料的結(jié)構(gòu)與微觀形貌圖1是溶膠2凝膠法制得的納米MnO 2樣品的X 射線衍射(XRD 譜。由圖1可知, 除了第1條由背景噪音引起的衍射峰外; 樣品在37°、42°、56°等附近出現(xiàn)強(qiáng)烈的衍射峰, 表明樣品中含有2MnO 2; 同時(shí)在24°、36°、18°、45. 6°等附近出現(xiàn)衍射峰, 證明有Mn 2O 3和Mn 3O 4存在。這表明由醋酸錳和檸檬酸通過螯合反應(yīng)得到的MnO 2樣品的主晶相是2MnO 2, 并且含有少量Mn 2O 3、Mn 3O 4。圖2是氧化錳粉末的透射電子顯微鏡(TE

10、M 照片。由圖2可以看到, 制得的氧化錳樣品為不規(guī)則狀, 粒度分布比較均勻, 粒徑約為20nm 左右。這表明通過調(diào)節(jié)制備工藝條件, 采用溶膠2凝膠法可以制得粒度分布均勻的納米級氧化錳。2. 3電極材料的電容特性循環(huán)伏安法是研究電極在電解液體系中的電化學(xué)行為的一種常用的方法。圖3為納米二氧化錳復(fù)合電極在不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線, 電解液為2mol/L(N H 4 2SO 4, 工作電位范圍0. 10. 8V (vs. SCE 。由圖3可知,CV 曲線基本上為鏡像對稱, 顯示出了良好的電容特性。CV 曲線在掃描電位窗口范圍內(nèi)具有較好的方型特征, 無明顯氧化還原峰, 陰極過程和陽極過程基本對稱,

11、 這表明該電極以恒定速率進(jìn)行充放電, 電極的電位變武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)2007年10月136化對電極的容量沒有明顯的影響, 即電極和電解液之間的電荷交換以恒定速率進(jìn)行, 電極具有良好的可逆性, 因而該電極具有良好的充放電性能。3結(jié)語采用溶膠2凝膠法, 通過控制工藝條件制備了粒度分布均勻, 粒徑20nm 左右的納米氧化錳, 電化學(xué)測試表明氧化錳/超細(xì)活性碳復(fù)合電極在2mol/L 的(N H 4 2SO 4溶夜中具有良好的電容特性。參考文獻(xiàn)1Saraangapani S , Tilak B V ,Chen C P. Materials for .oc 1996143(11 :379123799.2鐘海

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