EQCM研究超級(jí)電容器MnO2沉積機(jī)理及電容性能.pdf

1、超級(jí)電容器又被稱為電化學(xué)電容器,具有高的容量比和高能量密度等特性,在電子設(shè)備電源方面有廣泛的應(yīng)用,近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究人員進(jìn)行了廣泛的研究。對(duì)超級(jí)電容器研究主要側(cè)重于兩個(gè)方面:(1)制備高性能電容器電極材料；(2)制備電容器電極。為了獲取更高的電容量,很多科研人員的研究轉(zhuǎn)向了金屬氧化物,主要有氧化釕、氧化銥、氧化錳等。在這些金屬氧化物中,由于二氧化錳價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境友好、原料豐富、且二氧化錳具有多種結(jié)構(gòu)晶型和多種氧化態(tài)被廣泛用作氧化還原超級(jí)

2、電容器的電極材料,應(yīng)用在儲(chǔ)能設(shè)備上。
　　 目前科研工作者用不同的方法合成了具有良好電容性的超級(jí)電容器的氧化錳電極材料。氧化錳用作超級(jí)電容電極材料主要分以下兩類(lèi):一類(lèi)是氧化錳薄膜,一類(lèi)是氧化錳粉末。用不同的方法可以制備得到的形貌結(jié)構(gòu)不同的氧化錳,而不同形貌結(jié)構(gòu)的氧化錳在超級(jí)電容器中電容性能也不同。二氧化錳可用化學(xué)和電化學(xué)的方法制備。
　　 本實(shí)驗(yàn)用電化學(xué)方法,通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件制備了不同晶型的二氧化錳。在酸性電解質(zhì)中,電解

3、氧化Mn2+可以生成γ-MnO2。酸性條件電解生成的二氧化錳被廣泛應(yīng)作電池的陰極材料。而在中性介質(zhì)中電解氧化Mn2+生成δ-MnO2,對(duì)δ-MnO2的研究要遠(yuǎn)少于γ-MnO2的研究。電化學(xué)石英晶體微量天平(EQCM)是一種非常靈敏的質(zhì)量檢測(cè)儀器,精度可達(dá)納克級(jí)。將石英晶振電極表面質(zhì)量變化轉(zhuǎn)化為石英晶體振蕩電路輸出電信號(hào)的頻率變化,根據(jù)Sauerbrey公式通過(guò)電極表面頻率的變化可以求出質(zhì)量的變化。用EQCM測(cè)量了電位循環(huán)一周之后生成Mn

4、O2的質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)在中性介質(zhì)中電解氧化生成的MnO2質(zhì)量增加了131.61μg,在酸性介質(zhì)中質(zhì)量增加了42.27μg。上述測(cè)試數(shù)據(jù)表明,中性電解液中沉積速率要遠(yuǎn)大于酸性電解液的沉積速率,電解液的pH值大小是影響MnO2沉積速率的重要因素。
　　 二氧化錳晶型和結(jié)構(gòu)繁多,不同晶型的二氧化錳具有不同的晶體結(jié)構(gòu),但都是以MnO6八面體為結(jié)構(gòu)單元,連接成不同型態(tài)的隧道結(jié)構(gòu),通常外結(jié)構(gòu)水分子很容易嵌入到二氧化錳的隧道結(jié)構(gòu)中。本實(shí)驗(yàn)研究了δ-

5、MnO2在0.1 M Na2SO4溶液中的電容性能,在循環(huán)伏安測(cè)試之前MnO2的初始質(zhì)量為199.7μg,掃描電化學(xué)窗口為0-0.8v,在整個(gè)氧化過(guò)程電極上活性物質(zhì)的質(zhì)量持續(xù)減少,減少了約12.10μg,當(dāng)反向掃描時(shí)質(zhì)量又在不斷增加,最后回到出發(fā)點(diǎn),接近初始值,說(shuō)明此循環(huán)過(guò)程的氧化過(guò)程與還原過(guò)程質(zhì)量的變化量基本相同,這些數(shù)據(jù)表明電極材料正向和反向掃描過(guò)程中離子的嵌入和脫出是可逆的。
　　 用EQCM鍍金石英晶振電極研究二氧化錳沉