Ca²⁺掺杂对MnO₂晶格结构的调制及其超级电容器性能的改善作用

齐建全^1,2，郭瑞^1,2，韩秀梅^1,2，钟瑞霞^1,2，赵芳芳²，秦万里²，董晓瑜^1,2

1. 东北大学材料冶金学院2. 东北大学秦皇岛分校资源材料学院

摘 要：MnO₂存在很多不同的晶格相,作为超级电容器材料,其电荷存储能力通常被认为α-MnO₂>δ-MnO₂>γ-MnO₂相。本研究采用陶瓷工艺球磨混合KMn O₄、Mn SO₄·H₂O和Na OH,通过不同浓度的Ca²⁺掺杂,在室温下可以直接合成不同形貌和晶型的MnO₂粉体。在采用去离子水作为介质时,获得α-MnO₂（硬碱锰矿）,而用无水乙醇做介质,则获得γ-MnO₂（畸变水铝石）。在去离子水介质中,通过极其微量的Ca²⁺（<100 mg/L）掺杂,可以使α相转化为α、γ混合相,从而形成对MnO₂晶格结构的调制,有效地提高MnO₂超级电容器电荷存储性能。掺杂浓度进一步提高则产生不明杂相,使性能转而劣化。因此,通过Ca²⁺掺杂浓度的控制,可以控制物相。对其循环伏安特性的测试分析表明,其存储电荷的能力依次为调制的混合相MnO₂>α-MnO₂>γ-MnO₂。

关键词：二氧化锰;钙离子;球磨法;超级电容器;