mno2

2017年第11期·13·

随着社会的发展，科技不断进步，能源问题

是越来越多的人们所关注的问题，电池的技术也

日新月异，在各类电池和电容器的研究中，许多

工作都是围绕开发在某种电解液中有较高比能量

的电极材料而展开的[1-2]。目前电池和电容器的电

极材料有三种：碳基材料、金属氧化物材料和导

电聚合物材料[3].碳基超级电容器比容量小，氧化

时易发生腐蚀，内阻较大；金属氧化物电极材料

是利用氧化还原反应获得的准电容来存储能量，

比电容大.贵金属氧化物（RuO

2

）是性能优异的

超级电容器电极材料，但其价格昂贵，有毒.冈

此价格低廉、环境友好、具有较高氧化还原电容

的过渡金属氧化物成为超级电容器最理想的电极

材料[4]。

二氧化锰的储量丰富，价格低廉，对环境友好，

且电化学性能优良[5]，近年来在各类电容器的电

极材料中备受关注，而二氧化锰在最初也是作为

一次电池的电极材料中作为正极活性物质在研究

中被人们所了解。目前，二氧化锰是广阔的电容

财产，其结构是晶体结构，有足够的空隙使质子

或离子通过。

1 一次电池中的MnO

2

一次电池也称为干电池，这种电池目前在市

面上也是大量出售的，常见的有南孚、华泰等，

干电池属于化学电源中的原电池，是一种一次性

电池，普通锌锰干电池以碳棒为正极，以锌筒为

负极，把化学能转变为电能供给外电路。在化学

反应中由于锌比锰活泼，锌失去电子被氧化，锰

得到电子被还原。普通锌锰干电池是民用电池的

升级换代产品之一，现普遍被性能更为优良的碱

性锌锰电池取代。普通锌锰干电池也称为酸性锌

锰干电池，电解液为氯化铵，正极反应原理为：

2MnO

2

+2NH

4

++2e-===Mn

2

O

3

+H

2

O+2NH

3

。锌锰干电

池的电动势可达到1.5V。酸性电解液中因产生的

NH

3

气被石墨吸附，引起电动势下降较快。如果

用高导电的糊状KOH代替NH

4

Cl，正极材料改用

钢筒，MnO

2

层紧靠钢筒，就构成碱性锌锰电池，

由于电池反应没有气体产生，内电阻较低，电动

势为1.5V，比较稳定，正极反应原理为：MnO

2

+

H

2

O+2e-===MnOOH+OH-。一次电池的缺点是放电

后不能通过充电使之还原，因此不能循环利用，

废旧的一次电池难以处理，对环境污染较大[6]。

2 二次电池中的MnO

2

二次电池克服了一次电池难以处理，对环境

污染大的缺点实现了可循环利用，根据电解液的

不同可分为水系二次电池和有机二次电池。铅酸

蓄电池是最早的二次电池，发明至今已有100多

年，其低能稳定，但对环境污染较大，为了顺应

doi：10.3969/.1004-275X.2017.11.005

发展中的MnO

2

电极材料

姜海静

（锦州师范高等专科学校，辽宁 锦州 121000）

摘 要：从300多年前“伏打电堆”的诞生之日起，电池便成为人类社会不可或缺的重要部

分。能源短缺以及环境问题使人们一直在不停地寻找新型电池，也更进一步加速了电池的发展。介

绍了二氧化锰作为一次电池电极材料的其原理和用途，以及其最为二次电池和电容器电极材料的发

展，并对其的未来发展做出展望。

关键词：金属氧化物；电极材料；二氧化锰

中图分类号：TB383.1；TB332 文献标识码：A 文章编号：1004-275X（2017）011-013-03

_________________________

收稿日期：2017-09-20

作者简介：姜海静，锦州师范高等专科学校。

云南化工

YunnanChemicalTechnology

Nov.2017

Vol.44，No.11

2017年11月

第44卷第11期

云南化工2017年第11期·14·

现代化发展的需求，经过改进的二次电池更加轻

便和稳定，并且作为电动汽车电源被广泛使用。

近年来过渡金属氧化物由于电化学活性高和稳定

性好，易合成，经济型以环境友好型的突出优点

在电化学能量储存领域收到了广泛的关注。

目前RuO

2

被认为是电化学性能最好的金属氧

化物[7]，比容量可高达720F·g-1，虽然表现出很

多电化学性能，但是RuO

2

价格比较昂贵，不合

适大批量的生产，为了解决这一问题，人们对廉

价的MnO

2

等金属氧化物进行了深入研究以取代

昂贵的RuO

2

。

1999年等研究可对水钠锰矿合成

阳离子羟基配合物在实验过程中观察到离子交换

吸附夹杂了H+等离子[8]。吸附点位于Mn的八面

层空位，三个氧原子结合在一起，而且这种模型

携带了2个电荷，从而构成双电荷的吸附点。这

种新的表面结合模式使用二元、二价阳离子吸附

的双电荷吸附结构使MnO

2

的储能特点更加突出，

这种结构的充电电池也具有良好的电化学性能。

2001年Reed等人将MnO

2

转化为尖晶石结构与

层状的锂组合成充电电池[9]，在此结构中一部分

Mn和Li离子迅速占领MnO

2

四面体位置，形成

一个亚稳定的中间阶段，这时在结构中Mn和Li

离子形成脊柱型重排。在电化学测试中，这种结

构的二次电池性能突出，说明其锰基阳极材料是

有用的。2003年HansungKim等人在温室条件下，

通过还原KMnO

4

、Mn、Pb和Ni盐制备了Mn/Pb

和Mn/Ni混合氧化物，首次提出了在氧化物中掺

杂其他金属提高电化学性能的[10]，这种低温方法

提供了活性物质的非晶体结构是二次电池的比容

量可高达166F·g-1，实现了高功率性能。2005

年陈方毅等人通过简单的水热途径选择了合成

不同类型的纳米MnO

2

材料，作为原电池和二次

电池的正极活性材料，对所得样品进行了XRD、

SEM、TEM等表征，通过电化学性能测试，在碱

性锌锰电池中，纳米结构的MnO

2

都表现出良好

的充放电性能[11]，显示了MnO

2

在高能电池中的

潜在应用，这一研究表明，改良MnO

2

晶体结构

是一发展趋势。2005年陈野等人通过高粘度条

件下合成一种新型的杆状MnO

2

，这种新型MnO

2

是

α

和

γ

多晶混合物[12]，通过电子显微镜观察它

的可见光波长与直径的比例可能超过20：1。通

过循环伏安法测试了其充放电，阻抗等电化学性

能，结果显示其最大比容量为398F·g-1。2008

年j等人微乳液法制备了直径约为50nm

的球形颗粒[13]，更有利于阳离子的通过，其比电

容接近236F·g-1。

3 结论

研究表明，氧化物MnO

2

电极材料在电化学研

究发展较快，作为电极材料都变现出非常好的性

能，由于MnO

2

是一种有潜力的电极材料，对其

研究具有积极意义，更因为其价格优势、对环境

友好而日益受到重视，并且其符合现代化生产工

艺。目前的主要研究方向是提高材料的表面积、

空隙容量和改良晶体结构等[14]，只要解决了这些

问题，MnO

2

电极材料就能狗发挥它的用途及作用，

为后续的电池及电容器的研究提供了一定的指向

性和方向性。

参考文献：

[1]李金铠.中国未来能源需求预测与潜在危机财经.问题研

究,2009,2(11):16-17.

[2]夏熙,刘洪涛.一种正在迅速发展的贮能装置—超电容.电

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展.电子元件与材料,2015,34(1):1-8.

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2

的制

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320.

[6]但世辉,陈莉莉.电池300余年的发展史.化学教育,2011,

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micaetCosmochimica

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[9]ReedJ,CederG,d-to-SpinelPha

ochemicalandSolid-State

Letters,2001,4(6):A78-A81.

[10]HansungK,sisandCharacterizationof

MnO

2

-lof

TheElectrochemicalSociety,2003,150(3):D56-D62.

（下转第16页）

云南化工2017年第11期·16·

能，它已经被广泛投入化纤工业的生产中。[1]

2 现状与发展前景

2.1 离心机的发展现状

实验室离心机是生物学、医学、农学、生物工程、

生物制药等行业科研与生产的必备设备。我国有

关部门历来很重视离心机的发展，离心机曾经是

国家科委统管的23项大型科学仪器之一，两次被

纳入国家科技攻关项目。中国在离心机研究开发

上的经费与人力投入累积总和为世界第一，在实

验室离心机领域特别是超高速离心机方面出现过

一些国际一流的创新成果，但并未产业化，目前

我国高端离心机发展缓慢，几乎全部依赖进口。[2]

2.2 离心机的发展前景

在当前情况下，离心机在我国正处于高速发

展与创新阶段，而且水平也得到了大幅度提高。

人们的环保意识也随着国内化学工业领域的快速

发展随之提高，我国也引进了国外众多交流项目

和先进技术，这就促进了我国离心机技术的快速

发展。我国在离心机技术研究方面不仅注重学术

组织的研究，同时也在基础理论和应用等方面取

得了有效的成果。总而言之，离心机技术在朝着

高速方向稳步发展。我国为了能够与新工艺要求

相适应，正在将离心机的研究朝着大型化来发展，

离心机的大容量也是我们追求的一个大目标。随

着离心机的理论研究越发深入和参数技术的不断

提高，各种新的机型也将面世，人们也会更加关

注这一方面的研究。

3 结语

众所周知，经济全球化和社会主义市场经济

体系的建立是我国正面临的最新国情，离心机的

研究业将在这一冲击下面临新的机遇和挑战。[3]

我国的许多企业面临着冲击，并且在这种冲击下

需要进行研究突破才能得以企业重组，在这一过

程中弄，离心机的改进和应用就发挥着至关重要

的作用，尤其表现在化工领域。甲醇作为一种重

要的基础性燃料，在化学工业史上占据非常重要

的位置。

参考文献：

[1]雷东锋.现代生物化学与分子生物学仪器与设备[M].科

学出版社,2016.

[2]戴素萍.离心机的原理、操作及维护[J].云南大学学报

(自然科学版),2016(22):119-121.

[3]宋持健,周祥凡.离心机技术进展[J].中国医疗器械杂

志,2015(5):302-303.

（上接第14页）

[11]ChengFY,ZhaoJZ,Controlled

SynthesisofMnO

2

NanostructuresofNovelShapesandTheir

,2006,45(1):2038−

2044.

[12]ChenY,ZhangML,ochemicalandCapacitance

PropertiesofRod-ShapedMnO

2

lof

TheElectrochemicalSociety,2005,152(6):A1272-A1278.

[13]DevarajS,ofCrystallographic

StructureofMnO

2

onItsElectrochemicalCapacitance

.C,2008,112(14):44064417.

[14]刘海晶,夏永姚.混合型超级电容器的研究进展.化学进

展,2011,23(2/3):565-604.

DevelopingMnO

2

ElectrodeMaterials

JiangHaijing

（JinzhouTeachersCollege，Jinzhou，121000，China）

Abstract

：Sincethebirthofthe“VoltaicReactor”300yearsago，thebatteryhasbecomean

shortagesandenvironmentalproblemshaveledtotheconstantarch

perintroducesthe

principleanduofmanganedioxideasaprimarybatteryelectrodematerial，aswellasthedevelopmentofits

mostcondarybatteryandcapacitorelectrodematerials，andprospectsitsfuturedevelopment.

Keywords

：Supercapacitor；Electrodematerial；MnO

2