二氧化錳超級(jí)電容器電極材料的制備與性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種介于二次電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲(chǔ)能裝置，與普通電池相比它具有更大的比功率和更長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命，與傳統(tǒng)電容器相比它具有更大的比能量。它能滿足如電動(dòng)汽車啟動(dòng)、加速等高功率輸出的需要，也能用于電路元件、小型電器和直流開(kāi)關(guān)電源等，具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來(lái)已成為研究的熱點(diǎn)。 該文以廉價(jià)二氧化錳作為超級(jí)電容器的電極材料，系統(tǒng)研究了不同制備方法及不同晶體結(jié)構(gòu)的二氧化錳的電容性能。采用多種現(xiàn)代物理測(cè)試手段和電化學(xué)研究方法研

2、究了材料制備、電容特性、影響因素、及電解質(zhì)溶液的選取等問(wèn)題。主要內(nèi)容如下： (1)采用溶膠-凝膠法制備出二氧化錳電極材料，研究了反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物的影響，得出：當(dāng)前軀體檸檬酸與醋酸錳的配比為0.4:1、pH=6、煅燒時(shí)間為10h時(shí)，產(chǎn)物含量最高，經(jīng)X射線衍射分析產(chǎn)物為α-MnO2和γ-MnO2組成的混合晶相。通過(guò)掃描電鏡(SEM)分析表明產(chǎn)物呈球形，平均粒徑約為200nm。此種方法制備的二氧化錳具有良好的電容特性。利用循環(huán)伏安和恒流

3、充放電等手段，詳細(xì)考察了二氧化錳電極在幾種中性電解液中的電容性能，結(jié)果表明：以NaCl溶液作為電解質(zhì)，二氧化錳電極可獲得良好的電容特性且電容量最大，可以達(dá)到118.6F/g；以K2SO4溶液為電解液比容量最小，只有20.4 F/g。并且研究了二氧化錳在不同濃度的KOH溶液中的電容性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在7mol/L KOH溶液中，能夠表現(xiàn)出良好的超級(jí)電容特性，其比容量最大可以達(dá)到121.2F/g。 (2)采用液相氧化-還原法制備了

4、層狀二氧化錳電極材料，實(shí)驗(yàn)考察了反應(yīng)溫度、堿用量等條件對(duì)產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)的影響。經(jīng)XRD分析在溫度為25±3℃，n(OH-):n(Mn2+) 6 ≧時(shí)制備的產(chǎn)物為層狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)熱重分析表明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在7mol/LKOH溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，電壓范圍為-200~600mV時(shí)電容性能表現(xiàn)最好，當(dāng)掃描速度為5mV/s時(shí)電容量可以達(dá)到286F/g。實(shí)驗(yàn)還研究了掃描速度對(duì)電極比容量的影響，結(jié)果表明增加掃速時(shí)比容量減少。經(jīng)150 次循環(huán)后電容量開(kāi)始下

5、降，但達(dá)到200 次時(shí)電容量仍保持在200F/g以上，說(shuō)明材料循環(huán)性能較好。 (3)以溶膠-凝膠法制備的二氧化錳為基礎(chǔ)，通過(guò)改性處理，得到了添加鋁氧化物的二氧化錳復(fù)合材料。經(jīng)XRD 測(cè)試表明添加鋁氧化物后的二氧化錳晶型并沒(méi)有改變，只是在峰強(qiáng)度上有所變化。它們的循環(huán)伏安測(cè)試表明摻雜可以改進(jìn)二氧化錳的電容特性，提高電容器的電化學(xué)性能。且當(dāng)添加劑的添加量為1％時(shí)，復(fù)合材料的比容量最高。計(jì)算得出電容量由原來(lái)的121.2 F/g 提高到1