超級電容器用MnO2-C復(fù)合電極粉末制備與單體性能優(yōu)化.pdf

1、二氧化錳水系超級電容器以其低廉的價格、較高的理論比容量以及環(huán)境友好無污染等特點(diǎn)成為了研究的熱點(diǎn)。然而MnO2較差的離子電導(dǎo)率和較低的比表面積限制了二氧化錳電容器的實(shí)際性能。本文以水熱碳球(NCs)為復(fù)合前驅(qū)體，采用不同方式制備出了5種擁有不同比表面積的MnO2/碳球復(fù)合電極材料。并通過XRD、FSEM、BET以及電化學(xué)測試等手段研究了5種復(fù)合粉末電極的理化特性以及電化學(xué)性能。同時研究了δ-MnO2的比容量與比表面積的關(guān)系，以及不同的正負(fù)

2、極質(zhì)量配比對單體性能的影響。通過分析研究，得出以下結(jié)論：
　　五種不同復(fù)合工藝下制備的 MnO2/ NCs復(fù)合粉末中 MnO2的基本晶型都以δ-MnO2為主，且MnO2的含量都為50％左右。五種復(fù)合粉末的比表面積與孔隙分布有著很大的差別，其中BET表面積最高的為170.2m2/g，其比容量達(dá)到158.8F/g。
　　復(fù)合電極的倍率性能與電極粉末的孔隙直徑分布密切相關(guān)。五組樣品中，大孔含量最高的兩組粉末的倍率性能最差，其50m

3、V/s掃描速度下的比容量相較于5mV/s時的衰減分別達(dá)到35.4%與30.3%；而以介孔為主要孔隙的兩組粉末的衰減量僅為23.8%與19.8%。
　　試驗(yàn)中三組納米碳球/δ-MnO2復(fù)合粉末的比表面積相對于單相δ-MnO2都發(fā)生了大幅度的提高，對δ-MnO2進(jìn)行復(fù)合能夠有效的提高M(jìn)nO2的利用率，本文使用的水熱納米碳球是有效的提高電極比容量的復(fù)合前驅(qū)材料，以介孔為主要表面孔隙的δ-MnO2比容量的提升速率隨著其比表面積的提高呈近似

4、的線性關(guān)系。
　　當(dāng)單體電容正負(fù)極配比 R=0.5時，在過高的電位窗口下，正極的實(shí)際工作電位區(qū)間增大，電解液顏色發(fā)生變化，出現(xiàn)了Mn(Ⅳ)向Mn(Ⅵ)轉(zhuǎn)變的不可逆反應(yīng)，單體電容的壽命降低。而當(dāng)正極質(zhì)量過大時，電容器的工作效率下降。所以水系非對稱MnO2-NCs//AC(活性炭)單體的應(yīng)用電壓應(yīng)在1.6~1.8V之間。并且電極在實(shí)際放電過程中電容器負(fù)極的比容量比單電極測試時偏高。本實(shí)驗(yàn)所選用的正負(fù)極材料的最佳配比值應(yīng)該比理論計(jì)算值偏

5、高。
　　R=1.5的電容器單體的比能量高于其余五組樣品，其在300W/kg左右的功率密度下能量密度最大能達(dá)到22.3Wh/kg，在1300W/kg的功率密度下能量密度仍然能夠保持17.6 Wh/kg。而配比值更接近于理論計(jì)算值R=1.0時的單體電容在六組樣品中的綜合性能排在第二，在功率密度為1000W/kg時的能量密度大約為16.5 Wh/kg。正負(fù)極質(zhì)量比為0.5、0.7與2.0的三組單體的綜合性能十分相近，而R=2.5時單體