二氧化锰复合材料的制备及其电容性能的研究开题报告

1. 研究目的与意义

近年来人口急剧增长，化石燃料日益短缺，能源问题是当今人类所面临的一大挑战。化石能源日益枯竭，传统能源已经无法满足现代工业的发展需要，同时化石燃料的燃烧还带来了巨大的污染问题。因此，开发新能源和可再生清洁能源是当今社会科学所要解决的一大问题。

电池工业作为新能源应用的重要组成部分，已经成为我们工业、生活中不可缺少的一个重要工业。而超级电容器是一种介于传统电容器和可充电电池之间一种新型的储能设备。它不仅具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理。与传统电容器相比，它具有更高功率密度、更长循环寿命、更绿色等特点，所以在电动汽车、电子等行业得到了广泛的应用。

本课题的研究目的在于探索制备新型的碳/金属氧化物电极材料，以期制备容量更高、寿命更长、制作工艺更简单的超级电容器材料。

2. 研究内容和预期目标

本课题围绕上述当前研究背景与意义，主要研究内容如下：

首先，制备氧化石墨烯，再进行还原，研究石墨烯在氢氧化钾电解液中的循环伏安行为。之后通过化学方法和电化学方法在石墨烯表明负载不同的金属氧化物和金属氢氧化物，与普通的金属氧化物或氢氧化物和石墨烯进行比较，从而综合研究石墨烯氧化物电极材料的优势。论文后期打算通过从结构的角度分析电极材料与表现出的电化学行为之间的关系，从而为之后设计高容量、高性能的电极材料提供理论基础。

3. 研究的方法与步骤

本课题将围绕电极材料的制备采用水热、共沉淀等方法来制备金属氧化物电极，通过加入的不同的模板剂与沉淀剂来调控所生成的金属氧化物和金属氢氧化物的结构。对于常见超级电容器的金属氧化物有二氧化锰、氢氧化镍、氧化镍、氧化钴等，针对不同的金属氧化物/氢氧化物，采用不同的沉淀剂，如尿素、丁二酮肟等，并加以不同的表面活性剂，从而制取不同形貌的纳米结构的氧化物与氢氧化物。另外，以电化学沉积的方法，构筑以石墨烯为基底，金属氧化物/氢氧化物修饰的电极材料，与传统化学沉淀合成的金属氧化物/氢氧化物进行比较，通过表征其不同的形貌结构、电化学性能，为组装合成更高效率的超级电容器提供理论指导。

电极材料的表征：电极材料的结构标准将采用XRD、SEM、TEM、循环伏安法、电化学阻抗等方法分别对结构和电化学行为进行表征。

4. 参考文献

[1] 翟秀静,刘奎仁,韩庆.新能源技术.北京:化学工业出版社, 2010.

[2] 程立文,汪继强,谭玲生.超级电容器的技术与应用市场发展简评.电源技术,2007, 31:921-925.

[3] 刘红梅, 黄志宇, 张颖, 等. 超级电容器专利技术现状及其发展趋势分析. 国家知识产权局专利局电力发明审查部.2008-2009.

5. 计划与进度安排

1）2022年月2日22----2022年03月11日：查阅相关文献资料，撰写文献综述，提出具体研究计划,完成开题报告，进行实验前期准备工作；

2）2022年03月12日----2022年05月27日：论文实验阶段；

3）2022年05月28日----2022年06月18日：撰写论文，准备答辩。