錳基混合金屬氧化物儲(chǔ)能特性研究.pdf

1、作為兩種典型的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，鋰離子電池（LIBs）和超級(jí)電容器（SCs）因具有高的能源利用率、較高的能量和功率密度、長(zhǎng)的使用壽命等特點(diǎn)成為儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中占據(jù)一席之地。一般而言，電化學(xué)儲(chǔ)能裝置是由三個(gè)重要的元件組成的：正極、負(fù)極和電解液。LIBs和SCs的性能主要取決于電極材料，因此，致力于對(duì)電極材料的研究以期取得進(jìn)一步的突破對(duì)實(shí)現(xiàn)高效電化學(xué)儲(chǔ)能至關(guān)重要。
　　在所有電極材料中，錳基氧化物因具有理論容量高、環(huán)

2、境友好、價(jià)格低廉、來源廣泛等特點(diǎn)而備受關(guān)注。然而，由于其較低的本征電導(dǎo)率以及嚴(yán)重的體積膨脹/收縮效應(yīng)而容易引發(fā)電極膜粉化等問題，致使容量快速衰減、循環(huán)性能很差，成為制約其大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。與單元金屬氧化物相比，多元金屬氧化物電極材料具有較高的電導(dǎo)率，此外不同金屬之間的互補(bǔ)和協(xié)同效應(yīng)使其電化學(xué)性能有明顯的改善。本論文從錳基混合金屬氧化物出發(fā)，構(gòu)建了納米管狀結(jié)構(gòu)（NTS）、雙層空心結(jié)構(gòu)（DSH）、以及核-殼結(jié)構(gòu)；研究了材料組成、形貌與結(jié)構(gòu)特

3、征對(duì)其電化學(xué)性能的影響；主要研究成果如下：
　　采用水熱法和高溫煅燒處理合成了鈷-錳混合氧化物納米管（Co-Mn-NTS），這一方法同樣適用于制備其它的錳基混合金屬氧化物，比如鎳-錳（Ni-Mn-NTS）、銅-錳（Cu-Mn-NTS）和鋅-錳（Zn-Mn-NTS）。這四種樣品均具有相似的納米管狀結(jié)構(gòu)，管壁由超薄納米片構(gòu)成。探討了Co-Mn-NTS樣品在LIBs和SCs中的應(yīng)用，研究結(jié)果表明Co-Mn-NTS電極材料具有高的充放電容

4、量以及較優(yōu)的循環(huán)性能和倍率性能。
　　利用金屬甘油酸鹽作為模板通過水熱法和高溫煅燒處理合成了粒度分布均一的錳基混合金屬氧化物雙層空心球。其中的鈷-錳混合氧化物雙層空心球在SCs中表現(xiàn)出較大的比電容、優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。將鈷-錳混合氧化物雙層空心球作為正極、有序介孔炭CMK-3作為負(fù)極構(gòu)建的非對(duì)稱電容器，穩(wěn)定的工作電壓可以達(dá)到1.6 V，當(dāng)功率密度為417.7 W kg-1時(shí)，能量密度高達(dá)37.1 Wh kg-1。
　

5、　利用炭納米纖維（CNFs）作為基底，合成了具有核-殼結(jié)構(gòu)的CNF@鈷-錳混合氧化物復(fù)合材料。炭納米纖維表面包覆著一層致密的氧化物納米片。復(fù)合材料在SCs中表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性，在10 A g-1電流密度下經(jīng)過10000次循環(huán)以后容量保持率高達(dá)96.9％。此外，當(dāng)用作LIBs負(fù)極材料時(shí)，核-殼結(jié)構(gòu)能夠有效地改善充放電過程中電極材料的結(jié)構(gòu)變化問題，表現(xiàn)出較高的可逆容量。
　　將磺化瀝青作為前驅(qū)體采用一步KOH活化處理合成了分級(jí)多