摘要
当代社会的快速进步带来了一系列的环境和能源危机问题。从而激发了我们对清洁环保，可持续的能源和储能系统的研究。到目前为止，锂离子电池由于高能量密度等优势被广泛应用于便携式电子产品和电动汽车等行业。然而锂价格昂贵和电解质的安全性等问题阻碍了它的进一步发展。水性电解质由于其不可燃、安全环保等优点逐渐开始应用于二次电池，水系锌离子电池(ZIBs)使用水性电解液，以金属锌作为电池负极材料，具有容量高、污染小、成本低等优点，被认为是最有潜力的能够替代锂离子电池的二次电池系统，因此对于水系锌离子电池的研究从未停止。本文通过水热法成功制备了α-MnO2纳米管，通过水热和煅烧在其表面均匀包覆了一层高导电性材料In2O3，合成了复合材料α-MnO2@In2O3；另外，合成了含有不同钾离子含量的二氧化锰正极材料，采用一些测试手段对以上材料进行了表征，并测试了这些材料组装成电池后的性能。得出了以下结论： (1)采用水热法合成了α-MnO2纳米管，通过水热和煅烧制备了α-MnO2@In2O3复合材料，用XRD进行物相表征，结果表明合成的材料为α相的MnO2纳米管，α-MnO2@In2O3复合材料中也观察到了In2O3的衍射峰。SEM、TEM结果表明包覆前后都为规则的管状结构，包覆后In元素均匀分布在纳米管的表面。性能测试表明α-MnO2@In2O3复合电极材料在100mAg-1的电流下测试100圈后具有425mAhg-1的较高的放电时的电池容量，在3C的电流密度下时，经过1300次的充放电后，仍然有201mAhg-1的放电电池容量，在较大电流密度下时也具有良好的循环稳定性，这些性能都优于单独的α-MnO2纳米管电极材料。EIS图谱表明α-MnO2@In2O3复合材料有更小的电化学阻抗，更好的电化学反应动力学。因此得出结论：In2O3的包覆有效的提高了α-MnO2电极材料的导电性，减小了电池内部的整体电阻，从而使电池的性能得到大幅的提升。 (2)将水热合成的α-MnO2纳米管在酸性条件下水热处理不同时间，得到不同钾离子含量的α-MnO2纳米管。XRD结果表明几组材料均为α相的α-MnO2。ICP结果表明几组材料中钾离子含量存在差异。SEM结果表明不同钾离子含量的α-MnO2正极材料均为管状结构，水热时间并未改变α-MnO2的形貌。电化学性能测试表明水热时间为4h时，得到的α-MnO2正极材料性能最优，电流密度为300mAg-1时，电池的初始放电时的电池容量为191mAhg-1，100次的充放电过程后，有280mAhg-1的放电电池容量,容量稳定上升，优于其他三种α-MnO2电极材料。在大电流密度下也得到了相同的结果，结果表明钾离子含量对α-MnO2正极材料性能有一定的影响，过量和少量的钾离子都会限制电池的性能，当钾离子含量较为合适时，会提升电池的性能。
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