导电聚合物对锌离子电池MnO2电极性能的影响开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

近年来,随着全球石化资源枯竭,环境污染等问题的日益严重,节约和高效使用能源越来越受到重视[1-2]。化学电源作为一种高效的能量转换和能量存储设备,自发明以来一直倍受关注,已被广泛应用于电动汽车和手机移动通讯等领域。锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、无记忆效应等特点,被广泛应用于各种电子设备之中[3]。但目前研究的锂离子电池,在充放电过程中有很多的副反应,如质子和离子的共嵌入反应等, 且电极材料在电解质中易溶解,金属锂的资源有限,价格昂贵,这些因素限制了锂离子电池的发展[4]

锌离子电池具有能量密度高、安全高效、成本低、制备工艺简单等优点,在大型储能等领域具有很高应用价值和发展前景。MnO2作为水系锌离子电池最常用的正极材料之一,具有理论容量高、成本低、环境友好等特点。特别是在资源急剧匮乏和环境过度污染问题日益严重的当今社会,开发以MnO2电极材料的超级电容器为代表的新能源势在必行[5]

目前比较常见的锰氧化物制备方法有液相沉淀法[6]、模板法[7]、溶胶凝胶法[8]、电沉积法[9]、水热法[10]等。采用电化学沉积法不仅可以实现二氧化锰纳米结构,在不同的操作模式下,还可以方便地在给定的衬底上沉积各种MnO2形貌,而无需在电极的制备过程中进一步处理[11]

但是MnO2的导电性(10-5-10-6S cm-1)和稳定性限制了它的倍率性能和循环寿命,导致较大的接触电阻,因而得不到较好的电容性质。解决这一问题的有效方法就是将MnO2负载到导电性好的碳材料或导电高分子材料上。由于高分子导电聚合物具有良好的水氧稳定性,密度小,电化学性能好等优点,可以极大改善电极材料的导电性和稳定性。MnO2与导电高分子材料如导电聚合物(电导率:10-100 S·cm-1)的复合已经发展成为改善二氧化锰基电极电化学性能的代表性方法[11]

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