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二氧化锰单粒子的合成
1 绪论
1.1 超级电容器
超级电容器，又名双电层电容器，电化学电容器, 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。图1.1为其结构图。
图1.1 超级电容器的结构
超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。众所周知，插入电解质溶液中的金属电极表面与液面两侧会出现符号相反的过剩电荷，从而使相间产生电位差。那么，如果在电解液中同时插入两个电极，并在其间施加一个小于电解质溶液分解电压的电压，这时电解液中的正、负离子在电场的作用下会迅速向两极运动，并分别在两上电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层，它所形成的双电层和传统电容器中的电介质在电场作用下产生的极化电荷相似，从而产生电容效应，紧密的双电层近似于平板电容器，但是，由于紧密的电荷层间距比普通电容器电荷层间的距离更小得多，因而具有比普通电容器更大的容量。
超级电容器既具有像静电电容器一样的非常高的放电功率，又具有可以和电池相比拟的大电荷储存能力。由于其放电特性与静电电容器更为接近，所以仍然称之为“电容”。但是，超级电容器已经不再是一般意义上的电路元件，而是一种新型储能元件。
目前，超级电容器最大的应用领域是电子产品，主要用作记忆器、电脑、计时器等的
后备电源[1]。当主电源中断，由于振动产生接触不良或由于其他的重载引起系统电压降低时，电化学电容器能起到后备补充作用。未来，超级电容器最为瞩目的应用前景是用于电动汽车，与电池共同组成复合电源为电动汽车提供动力。在电动汽车实用化的过程中，发现车辆在启动、爬坡和加速时急需供应大电流脉冲电能；在刹车时，又需要大电流储存电能，这些性能要求是蓄电池难以满足的，但超级电容器却很容易达到这些要求[2]。并且超级电容器的使用可以大大延长蓄电池的循环使用寿命，防止电池的过量消耗和劣化，以提高电动汽车的实用性。另外，超级电容器还可以被广泛应用于航空航天、国防、通信等领域中。
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1.3 二氧化锰的制备方法
常见的MnO2合成方法包括热分解法、化学共沉淀法、还原法、固相法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法等。不同的合成方法所得到的MnO2具有不同的形貌、晶体类型(无定型和结晶型)、孔性质等等，其作为电极材料所表现出的电化学性质也不尽相同。
1.3.1 热分解法
通过热分解硝酸锰制取晶型完美、符合化学计量数的β- MnO2或软锰矿的方法已为人们所熟知。该法是将Mn(I)的硝酸盐置于一密闭的电炉装置内，控制温度约为180℃，加热48 h．开创这一方法的先驱者是Nossen[8]，后来许多研究者用同样的方法制备出具有电活性的二氧化锰。Welsh将含有碱土和碱金属硝酸盐的Mn(NO3)2。水溶液喷射成滴状，使其部分分解成MnO2和NO2，含有MnO2的水溶液与硝酸盐再结合，再喷射，并全部分解成MnO2。Faber报道了在热空气流中加热分解Mn(NO3)2制备α- MnO2的方法。还有人提出了用微波加热Mn(NO3)2•6H2O得到具有高电活性的二氧化锰的方法[9]。