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摘要近些年来，超级电容器引起了人们广泛的关注，主要由于其具有高的能量密度，好的循环性能，可以填补传统电容器（有着较高的功率密度）以及化学电池（有着较高的能量密度）之间的空白。而金属氧化物作为超级电容器的热门材料，引起了人们大量的关注。本论文利用水热合成法制备 ZnO 纳米棒阵列，然后以此为模板，通过两步电沉积的方法制备出 MnO2@Ni 的纳米管阵列，其中镍可以提高电子传输性能，而金属氧化物氧化锰作为活性物质，可以使超级电容器具有较大的容量，壳层结构使得材料具有较大的比表面积，较好的电子传输性能以及较大的比容量。同时，通过制备具有不同负载量的电极材料，比较了活性物质层的厚度对电极材料电化学性能的影响。50089
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毕业论文关键词 复合材料 超级电容器 壳层结构 纳米阵列
Title The Preparation And Electrochemical PerformanceOf the MnO2 Deposited On Ni Nanotube Arrays
Abstract In recent years, ES or ultracapacitors have attracted significant attention,mainly due to their high power density, long lifecycle, and bridging function forthe power/energy gap between traditional dielectric capacitors (which have highpower output) and batteries/fuel cells (which have high energy storage). metaloxides are considered the most promising materials for the next generation ofES.Following the new trends of the supercapacitors ,in this paper we use thehydrothermal synthesis to prepare the ZnO nanorod arrays,and use this template,wedeposited MnO2@Ni on it,the nickel can enhance the conductivity and the MnO2 areused as the active material,can improve the capacitance of supercapacitors, makingthe capacitors have high power density, good conductivity and large surface area.then we compare the materials with different loading,to compare the influence ofThickness of the electrode layer.
Keywords composite material supercapacitors core-shell structurenano arrays
目 次
1 引言 1
1.1超级电容器的发展历程 1
1.2 超级电容器的组成和分类 2
1.2.1 双电层超级电容器 2
1.2.2 法拉第超级电容器 3
1.3 超级电容器的性能参数和材料性能的评判 4
1.3.1 主要性能参数 4
1.3.2 循环伏安测试（CV） 5
1.3.3充放电测试 （GCD） 5
1.3.4 电化学阻抗谱（EIS） 5
2 金属氧化物用于超级电容器材料 6
2.1氧化钌（RuO2） 6
2.2氧化锰（MnO2） 6
2.2.1 影响 MnOx容量的因素 7
2.2.2 MnOx面临的各种挑战 8
3 本课题的研究内容 10
3.1 本课题的实验内容 10
3.2材料的检测方法 11
3.2.1 X 射线衍射（XRD） 12
3.2.2 扫描电子显微镜（SEM） 12
3.2.3 透射电子显微镜（TEM） 12
4 实验数据处理 13
4.1 结构与形貌分析 13
4.1.1 XRD 图谱分析 13
4.1.2 SEM 图像分析 13
4.1.3 TEM 图像分析 15
4.1.4 元素分布分析（mapping） 16
4.2 电化学性能分析 17
4.2.1循环伏安（CV）数据分析 17
4.2.2 充放电（GCD）数据分析 19
4.2.3阻抗（EIS）数据分析 20
结论 22
致谢 23
参考文献24
1 引言社会的急速发展推动着能源领域的飞速发展，现代工业对传统能源的消耗，传统能源伴随着能源短缺，环境人口，成本等众多问题迫切需要寻找可替代的能源。[1]在众多领域中，比较有效的电化学转换和储存装置包括电池，燃料电池，以及电化学超级电容器。近些年，超级电容器因为其较高的能量密度，循环寿命引起了极大的关注，填补了传统电容器（具有较高的功率密度）和电池/燃料电池（具有较高的能量密度）之间的空白。[2][3]最早的超级电容器出现在 1957 年，但是直到 20 世纪九十年代才在混合动力汽车领域引起了一些关注，它可以在加速的时候提供燃料电池和电池所无法提供的能量。现在，美国能源部已将超级电容器纳入到未来的储能体系中。其他国家政府也投入了很多资金在超级电容器的研发和探索工作中。近些年，在超级电容器的理论和实践层面，均取得了较大进展，同时，有很多不足也体现了出来，包括较低的能量密度以及较高的生产成本，都成为了超级电容器未来实际应用的挑战。为了克服超级电容器能量密度过低的缺点，最有效的方法就是使用新的电极材料。最受欢迎的材料是碳材料，它能提供较大的表面积用来储存电荷。这种电容器常被称作双电层超级电容器（EDLS），其具有较低的能量密度。为了提高其能量密度，比较有效的方法就是复合一些电化学活性较高的材料在碳材料上， 在表面用电化学活性较高的材料完全替代碳材料。具有电化学活泼物质的超级电容器被称为法拉第超级电容器，这种超级电容器具有着比双电层超级电容器更高的能量密度。而金属氧化物例如氧化铷和氧化锰都被认为是下一代超级电容器最具有潜力的材料。