超級(jí)電容器用過渡賤金屬氧化物-碳復(fù)合電極材料研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型高功率儲(chǔ)能器件,相比電池,具有更大的功率密度值；相比傳統(tǒng)靜電電容器,具有更高的能量密度；同時(shí)具有瞬間釋放特大電流特性,充放電效率高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)超級(jí)電容器的研究,主要集中在電極材料方面。本文采用原位復(fù)合法分別制備了二氧化錳/活性炭和二氧化錳/乙炔碳黑兩種電極材料,研究了材料制備,結(jié)構(gòu)和性能,以及影響電容器性能的因素、贗電容形成機(jī)理。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)歸納如下： 1.首次提出

2、采用原位復(fù)合法合成MnO2/碳作為超級(jí)電容器電極材料。通過研究材料電極制備過程中材料干燥溫度、電極制備壓力、導(dǎo)電石墨的含量、錳含量等工藝參數(shù),初步探討了MnO2/碳材料電極的電容形成機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：該工藝制備的MnO2/碳復(fù)合材料可使MnO2顆粒有效包覆在碳基材料表面,有效結(jié)合碳基材料的高比表面積和MnO2的高贗電容。經(jīng)過在1mol/L Na2SO4電解液中,在5mv/s的電位速率下測試,MnO2/活性炭混合電極材料比容量達(dá)到150.8

3、F/g,MnO2/乙炔碳黑混合電極材料比容量達(dá)到142.3F/g。 2.在上述材料制備工藝的基礎(chǔ)之上,對(duì)MnO2/碳復(fù)合材料進(jìn)行物理摻雜,以進(jìn)一步改善材料的電學(xué)性能。通過采用沉淀轉(zhuǎn)化法合成摻雜物質(zhì),成功制備了摻雜Ni(OH)2和摻雜Co(OH)2的復(fù)合電極材料,并初步探討了材料的改性機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：摻雜一定量的Ni(OH)2后,電極材料的工作電位和比容量有所上升,但等效串聯(lián)電阻(ESR)也有所增加。經(jīng)對(duì)摻雜15wt％Ni(OH)

4、2的混合電極進(jìn)行電學(xué)性能測試,電極材料的有效工作電位拓寬到-0.4～1v,比容量最高達(dá)到了171.4F/g,ESR為6.87歐姆；同樣發(fā)現(xiàn),摻雜一定量Co(OH)2后,可以有效降低復(fù)合電極的ESR。經(jīng)對(duì)摻雜9wt％的Co(OH)2復(fù)合電極進(jìn)行電學(xué)測試,發(fā)現(xiàn)摻雜后電極材料的比容量為156.1F/g,而ESR為3.55歐姆。 3.對(duì)采用原位復(fù)合法制備的MnO2/碳復(fù)合電極材料,探索了各種適合二氧化錳/碳復(fù)合電極工作的電解質(zhì)溶液。通過

5、對(duì)比其在各種類型電解液中表現(xiàn)出來的電學(xué)性能及電解液濃度電極材料的影響。發(fā)現(xiàn)1mol/L Na2SO4溶液比較適合,復(fù)合材料電極在電解液中表現(xiàn)出良好電容特性,且充放電效率高。 文中的原位復(fù)合法、MnO2/碳復(fù)合材料等都是我們富有創(chuàng)新性的研究工作。雖然論文中對(duì)MnO2/碳改性機(jī)理、開發(fā)新的集流體、開發(fā)新的電解液等方面還有待進(jìn)一步研究,但本文在電極物質(zhì)的制備、測試、復(fù)合材料的改性等方面提供了一些有價(jià)值的方法,對(duì)于超級(jí)電容器的深入研究具