镍掺杂二氧化锰/导电聚合物复合电极材料的制备及性能研究

• 作 者: 董洁
• 出 处: 西安科技大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 超级电容器 二氧化锰 (苯胺-吡咯)共聚物 聚吡咯 木质素磺酸钠 电化学性能

二氧化锰因其储源丰富、价格低廉、环境友好并且理论比电容高而在超级电容器领域备受关注。然而,导电性、倍率性能以及循环稳定性都较差而严重限制了其应用。为了提高二氧化锰的电化学性能,本文通过对二氧化锰进行改性,分别采用溶胶-凝胶法、原位聚合法和原位凝胶法,制备了三种系列Mn02基电极材料,并通过红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Raman）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、循环伏安（CV）、恒流充放电（GCD）和交流阻抗（EIS）等手段对材料组成结构和电化学性能进行测试。溶胶-凝胶法制备镍掺杂二氧化锰（Ni-MnO₂）,结果表明掺Ni前后MnO₂的晶型结构均为γ-MnO₂,当Ni、Mn的摩尔比为0.03:1时,样品NMO-3的粒径约60 nm,比表面积为82 m2/g。该样品在2 mV/s扫描速率时的比电容达到最大值221.39 F/g,比未掺Ni的MnO₂提高了54.97%。电流密度为0.5 A/g时,样品NMO-3的比电容为138.07 F/g。充放电循环2000次后,其比电容保持率为75.02%。原位聚合法制备镍掺杂二氧化锰/（苯胺-吡咯）共聚物（Ni-MnO₂/PANi-co-PPy）复合材料。结果表明PANi-co-PPy层均匀包覆在Ni-MnO₂表面,形成核壳结构,包覆层厚度约100 nm。当Ni-MnO₂与苯胺/吡咯混合单体质量比为1:5时,样品NMP-5在2 mV/s扫描速率时的比电容高达445.49 F/g,比Ni-MnO₂的比电容高出2倍。电流密度为0.5 A/g时,样品NMP-5的比电容为385.67 F/g。经5000次循环充放电后,其比电容衰减至初始值的61.65%。原位凝胶法制备二氧化锰/聚吡咯/木质素磺酸钠（MnO₂/PPy/SLS）三元复合材料,结果表明添加MnO₂、SLS组分并不能对PPy的化学结构产生明显影响。未添加SLS时,PPy在MnO₂微球表面有序生长,形成直径约5 μm的海胆结构,添加SLS后,复合材料的形貌变为纳米级球型颗粒,平均粒径约100 nm。当Mn与吡咯单体的摩尔比为1:5,且SLS与吡咯单体的质量比为10%时,样品MPS-5-10%在2 mV/s扫描速率时的比电容为482.86 F/g。电流密度为0.2 A/g时,样品MPS-5-10%的比电容高达665.80 F/g。经2000次循环充放电后,其比电容衰减至初始值的71.69%。