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2.5 电化学测试方法 6
3 结果与讨论 6
3.1 XRD分析 6
3.2 扫射电镜图形 7
3.3 循环伏安测试 8
3.4 恒电流充放电测试 12
3.5 电化学阻抗测试 19
结 论 22
参考文献 23
致 谢 25
1 引言
当今世界，随着科技的快速发展，人们对能源的需求不断增加，然而过度的开发使不可再生能源消失殆尽，因此，人们加大了对可再生能源的研究[1]。可再生能源是风能、太阳能、水能，他们的共同点是输出量与需求量的不匹配。所以，社会对于能源的储存也十分的关注。最为本世纪重点发展的新兴储能器件之一，超级电容器正在为人们争相开发与生产。[2~5]
超级电容器，又称电化学电容器（Electrochemical Capacitor）[6]，是传统经电容器和化学电池之间的新兴储能器件,当前对超级电容器的研究重点之一是寻找更为理想的电极体系和电极材料。超级电容器作为一种储能元件和其他电化学电池相比具有一些优良的特性：高比电容量和能量密度，比电池具有更高的功率密度，且充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长等优点[7]。同时，它在很多领域得到了发展，比如国防、航空航天、汽车工业、消费电子、电信通讯以及电力和铁路等。这么多成功的应用，使得超级电容器具有极其重要和广阔的前景，因此受到科研工作者和产业界人士的高度重视[8~9]。
当前对超级电容器的研究重点之一是寻找更为理想的电极体系和电极材料。超级电容器电极材料可以分为三类：第一类为炭材料[10~11]，主要是基于双电层原理；第二类为金属氧化物[12~13]；第三类为导电聚合物材料[14]，后两者主要基于法拉第赝电容原理。在此基础上，复合电极材料也成为人们研究的一个新的方向。其中，金属氧化物材料因具有很高的比电容，有着良好的电化学性能而被重点研究[15~17]。
金属氧化物不仅表现出双电层电容，同时还能够在一定的电位区间内同离子发生法拉第赝电容反应，所以金属氧化物能提供较高的比容量特性，然而，金属氧化物颗粒在电化学循环时很容易发生团聚，并可能形成钝态膜，使大多数的金属氧化物在首次充/放电的循环中容量损失较大，同时RuO2等金属氧化物不仅价格较昂贵，而且毒性很大，限制了其发展[18~19]；而锰、钴和镍等过渡金属的氧化物资源丰富、价格低廉，近年来已成为人们心中比较理想的超级电容器电极材料[20]，但它们的循环性能及可逆性与活性炭相比差，所以多用掺杂改性来提高其容量和循环寿命；而导电聚合物虽可塑性好，但在循环寿命和热稳定方面还有待提高[21]。因此，改进普通超级电容器，使其不仅容量较高、循环寿命加长，同时提高储能密度，慢慢成为人们所关注的焦点[22]。
本文以凹凸棒粘土、活性炭、KMnO4为原料，采用水热法成功制备了氧化物Mn3O4并对其电化学性能进行了研究。凹凸棒粘土是淮安市特色资源，具有较高的极性，对电极溶剂有较强的亲和力。将凹土加入电极材料可显著改善电解质的润湿性，可改善电池的倍率特性和容量保持率。由于凹土的存在，电解质在电极材料界面的界面阻抗降低，电解质容易渗入到电极材料中，并因而使电解质的迁移性增加。因此本实验中采用活性炭与Mn3O4、活性炭与凹凸棒黏土以及Mn3O4相复合的方法制备新型超级电容器电极材料，并对该种电极材料的电化学特性进行研究。