λ-MnO2作为水系碱性金属离子电池正极材料的研究

作     者：陈曦 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张萌;郭志刚

授予年度：2016年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：水系电池 λ-MnO2 λ-MnO2/AC 电极材料 

摘      要：水系电容电池作为一类无污染、低成本和安全性高的储能设备已经吸引了人们的广泛关注。λ-Mn02同LiMn2O4 一样具有尖晶石结构,同其它晶型结构的二氧化锰相比,这种结构的材料更有利于外界离子的嵌入与脱出。本文首先选出了制备λ-MnO2的最佳HNO3浓度,然后分别研究了 λ-Mn02在不同锂、钠、镁和锌盐中的电化学性能,最后比较了酸浸法和电化学法制备的λ-Mn02在MgCl2溶液中的电化学性能。研究不同浓度HNO3制备的λ-Mn02在0.5 ***-3 MgCl2中的电化学性能可知:0.8 ***-3 HNO3下制备的λ-Mn02在MgCl2中的放电比容量高达311.2 mAh.g-1,具有最优异的电化学性能。比较λ-Mn02在不同锂、钠、镁和锌盐中的电化学性能可知:λ-Mn02在Li2SO4、Na2SO4、MgCl2和ZnNO3中的电化学性能更优异。考察λ-Mn02在不同浓度Li2SO4、Na2SO4和MgCl2中的电化学性能可知:就不同浓度的Li2SO4而言,当电流密度较小时,0.5mol·dm-3Li2SO4最有利于Li+在λ-MnO2中进行嵌脱,而当电流密度较大时,λ-Mn02在mol·dm-3Li2S04中的电化学性能最好;就不同浓度的Na2SO4而言,当电流密度处于15～420 mA.g-1之间时,λ-Mn02在0.5 mol·dm-3 Na2S04中的电化学性能最优异,而当电流密度处于420～1400 mA·g-1之间时,1 mol·dm-3 Na2SO4则更有利于λ-MnO2中Na+的嵌脱;就不同浓度的MgCl2而言,当电流密度处于15～420mA·g-1时,λ-Mn02在0.5 mol·dm-3 MgCl2中具有更优的倍率性能,其在15 mA·g-1下的放电比容量可达到313.2mAh·g-1,为本实验中λ-Mn02所能达到的最大放电比容量,而当电流密度较大时,λ-Mn02在1 mol·dm-3 MgCl2中具有最佳的循环性能和倍率性能。考察λ-MnO2/AC电容电池在1 ***-3 Na2S04中的电化学性能发现:当电流密度为15mA·g-1时,电容电池的放电比容量可达到85.7mAh·g-1;当电流密度为420mA·g-1时,经多圈充放电后,放电容量还能达到28.5mAh·g-1。研究λ-Mn02/AC电容电池在1 ***-3 MgCl2中的电化学性能发现:当电流密度为15 mA·g-1时,电容电池的放电比容量可达到103.1 mAh·g-1;当电流密度增大到1400 mA·g-1时,电容电池仍保留30.4 mAh·g-1的比容量。比较酸浸法和电化学法制得的λ-MnO2在0.5 mol·dm-3 MgCl2中的电化学性能可知:酸浸法制得的λ-Mn02的倍率性能更优异,当电流密度为15 mA·g-1时,放电比容量可达到313.2mAh-g-1。