MnO2赝电容在碱性溶液中循环性能的研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着科技的发展和人口的增加,化石燃料在不断减少,气候变化也日益显著,能源作为目前人类生存和发展最重要的物质基础,正在影响着我们的生产生活、经济和科技的进步。因此,世界各地对绿色无污染的可再生能源的需求越来越多,如风能、地热能、太阳能等,但是这些能源仍存在着成本高、供能不稳定以及在时间和空间的不连续性与不均匀性等缺点,电化学储能如可充电电池、超级电容器等正在受到越来越多的关注。超级电容器是一种介于传统电容器和蓄电池之间的新型储能器件,同时具有两者的优点,与传统电容器相比,超级电容器具有更高的比电容和比能量,更高的工作温度范围和极长的使用寿命;与蓄电池相比,它具有更高的比功率,可瞬间释放特大电流,具有充电时间短、充电效率高、循环使用寿命长、无记忆效应及基本无维护且对环境无污染等特点。超级电容器通过极化电解质来储能,其储能过程是可逆的,可以反复充放电数十万次,在各个领域都有广阔的应用前景,已经成为科学家们研究的热点。 电极材料是决定超级电容器电化学性能的关键因素之一,因此研制开发具有优异性能的电极材料是超级电容器研究的核心课题。二氧化锰因其成本低、来源广泛、电化学性能好以及对环境友好,且其理论比电容可达1370 F/g,已成为超级电容器电极材料的研究热点。尽管MnO2具有许多优点,但是导电性差、倍率性能低和循环寿命短的缺陷限制了其在超级电容器中的应用。现阶段研究人员试图通过对MnO2进行掺杂改性来改善其性能,并取得较大进展。与MnO2进行掺杂改性的元素主要有碳和金属元素;或使用碳材料、金属氧化物或者导电聚合物等材料与MnO2进行二元复合或者三元复合,形成电化学性能优良的新复合材料。 MnO2与碳材料复合材料是比较受欢迎的一种材料,因为碳材料具有良好的导电性能和双电层电容的特性,将其与MnO2进行复合产生协同作用,从而改善MnO2的充放电稳定性能和循环寿命。而MnO2与金属或金属氧化物复合材料近来也慢慢成为研究热点,MnO2与金属或金属氧化物掺杂后,杂质会进入到MnO2结构内部起到支撑晶格的作用,使MnO2晶格保持一种“敞开”式的结构,大大降低了质子和电子在晶格间移动的阻力,而且它们对层间结构的稳定作用在一定程度上抑制了Mn3O4的生成和积累,从而改善了MnO2的可充电性能和导电性。另外MnO2可以与碳、金属或金属氧化物形成二元复合材料,该复合材料内阻小、比电容高。本实验通过系统研究铋掺杂二氧化锰和铋掺杂二氧化锰碳复合材料在碱性溶液中的循环特性,并同无铋掺杂的材料进行对比,从而找出铋掺杂对二氧化锰赝电容在碱性溶液中的循环特性的影响。


2. 研究的基本内容与方案

2.1研究(设计)的基本内容

以硝酸铋同二氧化锰复合制备铋掺杂二氧化锰,以及以edta为碳源及锰离子稳定剂合成二氧化锰碳复合材料,然后将硝酸铋掺杂到复合材料中,并同无铋掺杂的材料进行对比,找出铋掺杂对二氧化锰赝电容在碱性溶液中的循环特性的影响。

2.2目标

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3. 研究计划与安排

第1——3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需实验进程。确定方案,完成开题报告;

第4——7周:合成铋掺杂二氧化锰、二氧化锰碳复合材料和铋掺杂二氧化锰碳复合材料;

第8——12周:将合成的复合材料,利用电化学方法检测材料在碱性条件下的循环特性;

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4. 参考文献(12篇以上)

1. borenstein a, hanna o,attias r, luski s, brousse t, aurbach d. carbon-based composite materials forsupercapacitor electrodes: a review. journal of materials chemistry a.2017;5:12653-72.

2. liq, lu xf, xu h, tong yx, li gr. carbon/mno(2) double-walled nanotube arrayswith fast ion and electron transmission for high-performance supercapacitors.acs applied materials amp; interfaces. 2014;6:2726-33.

3. pecho, maensiri s. electrochemical performances of electrospun carbon nanofibers,interconnected carbon nanofibers, and carbon-manganese oxide compositenanofibers. journal of alloys and compounds. 2019;781:541-52.

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