基于SnO2微納結構超級電容器電極材料的制備及其性能研究.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟的飛速發(fā)展，以及環(huán)境污染、化石燃料枯竭等問題日益嚴峻，可再生清潔能源及其相關的高效能源轉化和存儲技術的研發(fā)迫在眉睫。作為一種新型綠色無污染儲能裝置，超級電容器憑借其較高的能量和功率密度，以及超長的循環(huán)壽命引起了眾多研究者的關注，逐漸成為下一代極具潛力的新型儲能裝置，并且在電子技術、電動汽車、移動信息、航空航天以及國防科技等領域具有非常廣闊的應用前景。根據(jù)電荷儲存機理,超級電容器可以分為兩類，一類使用碳基電極材料的雙電層超級電

2、容器，另外一類是使用具有氧化還原反應的電極材料的贗電容超級電容器。目前針對贗電容超級電容器電極材料的研究思路主要是研發(fā)具有商用價值的過渡金屬氧化物。其中，二氧化錫材料由于其具有豐富的儲量、較低的成本、良好的電容量以及對環(huán)境友好等特點，成為超級電容器電極材料的主要候選之一。但其半導體特征使其在用作電極時產(chǎn)生了導電性差的問題。然而，納米復合材料各個組裝基元之間所形成的協(xié)同效應，使復合材料產(chǎn)生原有基元材料所不具有的新穎性能。這種協(xié)同效應能夠彌

3、補單個組分的缺點，甚至能夠產(chǎn)生原組分所不具備的優(yōu)異特性，因此，超級電容器復合電極材料也成為當下研究的焦點之一。因此,本研究選用電容量大的二氧化錫和導電性好的碳纖維作為組裝基本單元，向二氧化錫中引入鈷、鎳、錳的金屬氧化物，利用組裝單元各組分之間的協(xié)同效應，使得合成的復合材料在用作電極時具有遠遠高于基元材料的電容量以及更加優(yōu)異的導電性能。論文的主要內容概括如下:
　　(1)以氯化亞錫和檸檬酸鈉作為基本反應物，在乙醇和水的混合溶液中通過

4、溶劑熱法制備出由超薄的納米片組裝而成的二氧化錫微米花，并且研究了反應時間，前驅物濃度的變化對微米花的結構以及尺寸大小的影響。隨后測試了二氧化錫微米花的電化學性能。實驗結果證明:在1mol/L Na2SO4溶液中,放電電流為1A g-1時,比電容為203.1F g-1，放電電流為5A g-1時，比電容為85.7F g-1。在充放電循環(huán)2000圈后，其比電容減少了約19％。上述結果表明，二氧化錫微米花電極材料能夠降低離子的運輸阻力，從而提高

5、超級電容器循環(huán)性能。
　　(2)通過溶劑熱法合成了以碳纖維為基底的二氧化錫納米片陣列，并將其直接用作三電極超級電容器體系中的電極，避免了利用炭黑和粘結劑等制備電極的繁瑣流程，并測試了其電化學性能。結果表明二氧化錫納米陣列電極具有優(yōu)越的電化學性能，在充放電電流密度為1mA cm-2時，其比容量可以達到391.3mF cm-2；經(jīng)過2000圈循環(huán)充放電測試，比容量損失約9%。
　　(3)以二氧化錫納米片陣列作為骨架，通過水熱法和