镧掺杂的二氧化锰/碳纳米管电化学超级电容器复合电极

薛荣 ,  阎景旺 ,  田颖 ,  衣宝廉

引用本文: 薛荣, 阎景旺, 田颖, 衣宝廉. 镧掺杂的二氧化锰/碳纳米管电化学超级电容器复合电极[J]. 物理化学学报, 2011, 27(10): 2340-2346. doi: 10.3866/PKU.WHXB20111002 shu
Citation:  XUE Rong, YAN Jing-Wang, TIAN Ying, YI Bao-Lian. Lanthanum Doped Manganese Dioxide/Carbon Nanotube Composite Electrodes for Electrochemical Supercapacitors[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2011, 27(10): 2340-2346. doi: 10.3866/PKU.WHXB20111002 shu

镧掺杂的二氧化锰/碳纳米管电化学超级电容器复合电极

  • 基金项目:

    中国科学院大连化学物理研究所重要方向性项目" 

    电动汽车用超级电容器储能系统的研究与开发" 

摘要: 尽管在二氧化锰/多壁碳纳米管(MnO2/MWCNTs)上获得了较高的比电容, 低电导率仍是制约MnO2担载量或膜厚度提高的主要障碍. 另一个问题是MnO2/MWCNTs 的循环稳定性远低于活性炭. 所以截止到目前这一新型材料的应用仍然受到很大的限制. 本文采用原位还原的方法制备镧掺杂二氧化锰/多壁碳纳米管电化学超级电容器复合电极材料. 分别通过透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FTIR)光谱等技术对这些复合材料的形貌与结构进行了分析. 采用循环伏安法、恒电流充放电法和交流阻抗法对其进行了电化学性能的研究. 研究结果表明, 通过还原MnO4- 可以在MWCNTs 上形成La 掺杂MnO2复合材料. La 掺杂降低了复合电极的电阻, 这是因为La 的引入可以增大MnO2的晶格缺陷, 从而提高材料的电导率以及电极的电化学性能. 因此La 掺杂是克服MnO2本征导电性差的有效途径之一. 掺杂La 可以在不增大电极电阻的情况下提高MnO2的担载量或膜厚度. La 掺杂的更重要的作用是使以MnO2/MWCNTs 作电极的对称电化学超级电容器的循环性能得到显著改善. 此外, La掺杂也使复合电极的比电容得到一定程度的提高.

English

    1. [1]

      (1) Conway, B. E. Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications; Kluwer Academic/Plenum Publishers: New York, 1999.(1) Conway, B. E. Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications; Kluwer Academic/Plenum Publishers: New York, 1999.

    2. [2]

      (2) Burke, A. Electrochim. Acta 2007, 53, 1083.  (2) Burke, A. Electrochim. Acta 2007, 53, 1083.  

    3. [3]

      (3) Conway, B. E.; Pell,W. G. J. Solid State Electrochem. 2003, 7, 637.  (3) Conway, B. E.; Pell,W. G. J. Solid State Electrochem. 2003, 7, 637.  

    4. [4]

      (4) Qu, D. Y.; Shi, H. J. Power Sources 1998, 74, 99.  (4) Qu, D. Y.; Shi, H. J. Power Sources 1998, 74, 99.  

    5. [5]

      (5) Arabale, G.;Wagh, D.; Kulkarni, M.; Mulla, I. S.; Vernekar, S. P.; Vijayamohanan, K.; Rao, A. M. Chem. Phys. Lett. 2003, 376, 207.  (5) Arabale, G.;Wagh, D.; Kulkarni, M.; Mulla, I. S.; Vernekar, S. P.; Vijayamohanan, K.; Rao, A. M. Chem. Phys. Lett. 2003, 376, 207.  

    6. [6]

      (6) Sharma, R. K.; Karakoti, A.; Seal, S.; Zhai, L. J. Power Sources 2010, 195, 1256.  (6) Sharma, R. K.; Karakoti, A.; Seal, S.; Zhai, L. J. Power Sources 2010, 195, 1256.  

    7. [7]

      (7) Zein, S. H. S.; Yeoh, L. C.; Chai, S. P.; Mohamed, A. R.; Mahayuddin, M. E. M. J Mater. Process Technol. 2007, 190, 402.  (7) Zein, S. H. S.; Yeoh, L. C.; Chai, S. P.; Mohamed, A. R.; Mahayuddin, M. E. M. J Mater. Process Technol. 2007, 190, 402.  

    8. [8]

      (8) Toupin, M.; Brousse, T.; Bélanger, D. Chem. Mater. 2004, 16, 3184.  (8) Toupin, M.; Brousse, T.; Bélanger, D. Chem. Mater. 2004, 16, 3184.  

    9. [9]

      (9) Subramanian, V.; Zhu, H.W.;Wei, B. Q. Electrochem. Commun. 2006, 8, 827.  (9) Subramanian, V.; Zhu, H.W.;Wei, B. Q. Electrochem. Commun. 2006, 8, 827.  

    10. [10]

      (10) Shao, G. J.; Yao, Y.; Zhang, S. P.; He, P. Rare Metals 2009, 28, 132.  (10) Shao, G. J.; Yao, Y.; Zhang, S. P.; He, P. Rare Metals 2009, 28, 132.  

    11. [11]

      (11) Man?i?, D.; Paunovi?, V.; Vijatovi?, M.; Stojanovi?, B.; ?ivkovi?, L. Science of Sintering 2008, 40, 283.  (11) Man?i?, D.; Paunovi?, V.; Vijatovi?, M.; Stojanovi?, B.; ?ivkovi?, L. Science of Sintering 2008, 40, 283.  

    12. [12]

      (12) Ma, S. B.; Ahn, K. Y.; Lee, E. S.; Oh, K. H.; Kim, K. B. Carbon 2007, 45, 375.  (12) Ma, S. B.; Ahn, K. Y.; Lee, E. S.; Oh, K. H.; Kim, K. B. Carbon 2007, 45, 375.  

    13. [13]

      (13) Athou?l, L.; Moser, F.; Dugas, R.; Crosnier, O.; Bélanger, D.; Brousse, T. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 7270.  (13) Athou?l, L.; Moser, F.; Dugas, R.; Crosnier, O.; Bélanger, D.; Brousse, T. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 7270.  

    14. [14]

      (14) Jin, X.; Zhou,W.; Zhang, S.; Chen, G. Z. Small 2007, 3, 1513.  (14) Jin, X.; Zhou,W.; Zhang, S.; Chen, G. Z. Small 2007, 3, 1513.  

    15. [15]

      (15) Kovtyukhova, N. I.; Mallouk, T. E.; Pan, L.; Dickey, E. C. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9761.  (15) Kovtyukhova, N. I.; Mallouk, T. E.; Pan, L.; Dickey, E. C. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 9761.  

    16. [16]

      (16) Holzinger, M.; Vostrowsky, O.; Hirsch, A.; Hennrich, F.; Kappes, M.;Weiss, R.; Jellen, F. Angew Chem. Int. Edit. 2001, 40, 4002.  (16) Holzinger, M.; Vostrowsky, O.; Hirsch, A.; Hennrich, F.; Kappes, M.;Weiss, R.; Jellen, F. Angew Chem. Int. Edit. 2001, 40, 4002.  

    17. [17]

      (17) Kim, U. J.; Furtado, C. A.; Liu, X. M.; Chen, G. G.; Eklund, P. C. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15437.  (17) Kim, U. J.; Furtado, C. A.; Liu, X. M.; Chen, G. G.; Eklund, P. C. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 15437.  

    18. [18]

      (18) Kuznetsova, A.; Mawhinney, D. B.; Naumenko, V.; Yates, J. T.; Liu, J.; Smalley, R. E. Chem. Phys. Lett. 2000, 321, 292.  (18) Kuznetsova, A.; Mawhinney, D. B.; Naumenko, V.; Yates, J. T.; Liu, J.; Smalley, R. E. Chem. Phys. Lett. 2000, 321, 292.  

    19. [19]

      (19) Lu, K. L.; La , R. M.; Chen, Y. K.; Green, M. L. H.; Harris, P. J. F.; Tsang, S. C. Carbon 1996, 34, 814.  (19) Lu, K. L.; La , R. M.; Chen, Y. K.; Green, M. L. H.; Harris, P. J. F.; Tsang, S. C. Carbon 1996, 34, 814.  

    20. [20]

      (20) Xie, X. F.; Gao, L. Carbon 2007, 45, 2365.  (20) Xie, X. F.; Gao, L. Carbon 2007, 45, 2365.  

    21. [21]

      (21) White, A. M.; Slade, R. C. T. Electrochim. Acta 2004, 49, 861.  (21) White, A. M.; Slade, R. C. T. Electrochim. Acta 2004, 49, 861.  

    22. [22]

      (22) Masarapu, C.; Zeng, H. F.; Hung, K. H.;Wei, B. Q. ACS Nano 2009, 3, 2199.  (22) Masarapu, C.; Zeng, H. F.; Hung, K. H.;Wei, B. Q. ACS Nano 2009, 3, 2199.  

    23. [23]

      (23) Hu, C. C.;Wang, C. C. J. Electrochem. Soc. 2003, 150, A1079.(23) Hu, C. C.;Wang, C. C. J. Electrochem. Soc. 2003, 150, A1079.

    24. [24]

      (24) Wu, M. S.; Chiang, P. C. J. Electrochemical and Solid State Letters 2004, 7, A123.(24) Wu, M. S.; Chiang, P. C. J. Electrochemical and Solid State Letters 2004, 7, A123.

    25. [25]

      (25) Yan, J.; Fan, Z. J.;Wei, T.; Cheng, J.; Shao, B.;Wang, K.; Song, L. P.; Zhang, M. L. J. Power Sources 2009, 194, 1202.  (25) Yan, J.; Fan, Z. J.;Wei, T.; Cheng, J.; Shao, B.;Wang, K.; Song, L. P.; Zhang, M. L. J. Power Sources 2009, 194, 1202.  

    26. [26]

      (26) Li, Y.; Xie, H. Q.;Wang, J. F.; Chen, L. F. Mater. Lett 2011, 65, 403.  (26) Li, Y.; Xie, H. Q.;Wang, J. F.; Chen, L. F. Mater. Lett 2011, 65, 403.  

    27. [27]

      (27) Raymundo-Piñero, E.; Khomenko, V.; Frackowiak, E.; Béguin, F. J. Electrochem. Soc. 2005, 152, A229.(27) Raymundo-Piñero, E.; Khomenko, V.; Frackowiak, E.; Béguin, F. J. Electrochem. Soc. 2005, 152, A229.

    28. [28]

      (28) Fang, D. L.;Wu, B. C.; Mao, A. Q.; Yan, Y.; Zheng, C. H. J. Alloy. Compd. 2010, 507, 526.  (28) Fang, D. L.;Wu, B. C.; Mao, A. Q.; Yan, Y.; Zheng, C. H. J. Alloy. Compd. 2010, 507, 526.  

    29. [29]

      (29) Wu, M.; Snook, G. A.; Chen, G. Z.; Fray, D. J. Electrochem. Commun. 2004, 6, 499.  (29) Wu, M.; Snook, G. A.; Chen, G. Z.; Fray, D. J. Electrochem. Commun. 2004, 6, 499.  

    30. [30]

      (30) Pourbaix, M. Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions; National Association of Corrosion Engineers, 1974.(30) Pourbaix, M. Atlas of electrochemical equilibria in aqueous solutions; National Association of Corrosion Engineers, 1974.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1414
  • 文章访问数:  3599
  • HTML全文浏览量:  120
文章相关
  • 发布日期:  2011-09-27
  • 收稿日期:  2011-02-24
  • 网络出版日期:  2011-08-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章