本文關(guān)鍵詞：鎳錳氧化物基納米陣列的制備及電化學(xué)超電容性能研究

  更多相關(guān)文章： Ni_(0.25)Mn_(0.75)O@C 高電壓窗口 活性炭 納米陣列 超級(jí)電容器 全固態(tài)

【摘要】：在未來的生活中,電化學(xué)超級(jí)電容器將與電池一樣發(fā)揮著不可或缺的作用。超級(jí)電容器具有環(huán)境友好、功率密度高、循環(huán)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),因此受到科學(xué)界廣泛的關(guān)注與研究。根據(jù)電荷存儲(chǔ)機(jī)理的不同,超級(jí)電容器可分為法拉第贗電容超級(jí)電容器和雙電層超級(jí)電容器。過渡金屬氧化物理論上具有較高的法拉第電容,因此經(jīng)常被用做法拉第贗電容超級(jí)電容器的電極材料。而具有較大比表面積的碳材料則是典型的雙電層電容器電極材料。本論文將設(shè)計(jì)具有納米陣列形貌的超級(jí)電容器正極,并制備與之搭配的負(fù)極,然后組裝成水系非對(duì)稱超級(jí)電容器和全固態(tài)非對(duì)稱超級(jí)電容器并研究其電化學(xué)性能,以期為提高超級(jí)電容器性能提供科學(xué)的參考。具體研究?jī)?nèi)容包括：(1)利用水熱合成方法在薄鈦片基底上生長(zhǎng)出Ni0.25Mn0.75O@C納米陣列。首先在制備過程中,通過控制變量法來獲得電極活性材料理想的實(shí)驗(yàn)制備和測(cè)試條件：鹽酸處理過的鈦片基底、Ni和Mn摩爾比為1：3的前驅(qū)液、125℃的水熱溫度、Ar氣氛450℃的退火環(huán)境、0-1.4V電壓窗口、1mol/L的LiCl電解質(zhì)、0.25g/50mL水熱原位碳修飾。結(jié)果表明,純MnO在中性的水相LiCl溶液中具有0-1.4V的超高工作電壓窗口。將鎳元素引入到純氧化錳中可以降低電極的電阻,提高離子擴(kuò)散速率和克服結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。而原位碳化修飾對(duì)Ni-Mn-O固溶體產(chǎn)生三個(gè)重要的影響：改善電極／電解質(zhì)界面,減小納米陣列的尺度,并使Ni0.25Mn0.75O@C具有多孔微結(jié)構(gòu)。鎳元素的引入和原位碳修飾極大改善了錳基氧化物的電化學(xué)性能,面積比電容從39.43mF cm-2 (MnO)改善到242.86 mF cm-2 (Ni0.25Mn0.75O@C),提高了6倍。在循環(huán)穩(wěn)定性方面,Ni0.25Mn0.75O@C不僅初始電容遠(yuǎn)高于MnO和Ni0.25Mn0.75O,而且經(jīng)過500個(gè)循環(huán)后還保持89%的電容,5000次循環(huán)后仍有73%的保持率。(2)在潔凈的泡沫鎳集流體上制備比容量可調(diào)控的活性炭負(fù)極并用來組裝完整的超級(jí)電容器。經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)測(cè)試和分析最終選擇含1.46g/20mL活性炭的溶液制作負(fù)極。以Ni0.25Mn0.75O@C為正極、活性炭為負(fù)極,組裝出高電壓水系非對(duì)稱超級(jí)電容器以及全固態(tài)非對(duì)稱超級(jí)電容器器件。研究表明,兩類器件均具有高工作電壓窗口(0-2.4V),優(yōu)異的倍率性能,高循環(huán)穩(wěn)定性和理想的電容行為。特別地,得益于0-2.4V的寬電壓窗口和超薄特性(170.75微米),制備的全固態(tài)器件展現(xiàn)出優(yōu)異的體積比電容(6.88 Fcm-3),高體積能量密度(4.72 mWh cm-3)和功率密度(776 mW cm-3),以及超過5000次的循環(huán)壽命。
【關(guān)鍵詞】：Ni_(0.25)Mn_(0.75)O@C 高電壓窗口 活性炭 納米陣列 超級(jí)電容器 全固態(tài)
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;TM53
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 超級(jí)電容器12-19
• 1.2.1 超級(jí)電容器概述12-13
• 1.2.2 超級(jí)電容器特點(diǎn)13-14
• 1.2.3 超級(jí)電容器的儲(chǔ)能原理及其分類14-17
• 1.2.4 超級(jí)電容器的性能評(píng)估17-19
• 1.3 本論文的選題思想和主要內(nèi)容19-21
• 第二章 鈦片基底上Ni_(0.25)Mn_(0.75)O@C納米棱柱陣列正極的制備和電化學(xué)性能21-48
• 2.1 引言21-22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)過程和表征手段22-26
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)所用藥品和試劑22-23
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)所需器材23-24
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)過程24-25
• 2.2.4 主要表征和測(cè)試手段25-26
• 2.3 結(jié)果分析與討論26-47
• 2.3.1 活性物質(zhì)的表征結(jié)果分析26-33
• 2.3.2 電化學(xué)性能分析33-38
• 2.3.3 不同退火溫度對(duì)MnO制備實(shí)驗(yàn)的影響38-40
• 2.3.4 Ni_(0.25)Mn_(0.75)O制備過程中不同實(shí)驗(yàn)因素的影響與不同測(cè)試條件下儲(chǔ)能情況研究40-45
• 2.3.4.1 基底處理、前驅(qū)液Ni-Mn摻雜比例、水熱溫度的調(diào)控40-42
• 2.3.4.2 退火氣氛和退火溫度的調(diào)控42-43
• 2.3.4.3 測(cè)試電壓、電解質(zhì)濃度和電解質(zhì)類型的調(diào)控43-45
• 2.3.5 不同碳修飾方法對(duì)Ni_(0.25)Mn_(0.75)O@C性能的影響45-47
• 2.4 結(jié)論47-48
• 第三章 Ni_(0.25)Mn_(0.75)O@C//AC非對(duì)稱超級(jí)電容器的制備和性能研究48-61
• 3.1 引言48-49
• 3.2 實(shí)驗(yàn)過程和表征手段49-51
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)所用藥品和試劑49
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)所需器材49-50
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)過程50-51
• 3.2.4 主要表征和測(cè)試手段51
• 3.3 結(jié)果分析與討論51-60
• 3.3.1 AC負(fù)極的表征51-53
• 3.3.2 泡沫鎳基底AC材料性能選擇與正負(fù)極搭53-55
• 3.3.3 水系非對(duì)稱超級(jí)電容器的電化學(xué)性能55-56
• 3.3.4 全固態(tài)非對(duì)稱超級(jí)電容器的電化學(xué)性能56-60
• 3.4 結(jié)論60-61
• 第四章 總結(jié)與展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 致謝68

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 許開卿;吳季懷;范樂慶;冷晴;鐘欣;蘭章;黃妙良;林建明;;水凝膠聚合物電解質(zhì)超級(jí)電容器研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年15期

2 梓文;;超高能超級(jí)電容器[J];兵器材料科學(xué)與工程;2013年04期

3 ;歐盟創(chuàng)新型大功率超級(jí)電容器問世[J];功能材料信息;2014年01期

4 周霞芳;;無污染 充電快 春節(jié)后有望面市 周國(guó)泰院士解密“超級(jí)電容器”[J];環(huán)境與生活;2012年01期

5 江奇,瞿美臻,張伯蘭,于作龍;電化學(xué)超級(jí)電容器電極材料的研究進(jìn)展[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);2002年04期

6 朱修鋒,王君,景曉燕,張密林;超級(jí)電容器電極材料[J];化工新型材料;2002年04期

7 景茂祥,沈湘黔,沈裕軍,鄧春明,翟海軍;超級(jí)電容器氧化物電極材料的研究進(jìn)展[J];礦冶工程;2003年02期

8 朱磊,吳伯榮,陳暉,劉明義,簡(jiǎn)旭宇,李志強(qiáng);超級(jí)電容器研究及其應(yīng)用[J];稀有金屬;2003年03期

9 賀福;碳(炭)材料與超級(jí)電容器[J];高科技纖維與應(yīng)用;2005年03期

10 鄧梅根,楊邦朝,胡永達(dá);卷繞式活性炭纖維布超級(jí)電容器的研究[J];功能材料;2005年08期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 馬衍偉;張熊;余鵬;陳堯;;新型超級(jí)電容器納米電極材料的研究[A];2009中國(guó)功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2009年

2 張易寧;何騰云;;超級(jí)電容器電極材料的最新研究進(jìn)展[A];第二十八屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

3 鐘輝;曾慶聰;吳丁財(cái);符若文;;聚苯乙烯基層次孔碳的活化及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第15屆反應(yīng)性高分子學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要預(yù)印集[C];2010年

4 趙家昌;賴春艷;戴揚(yáng);解晶瑩;;扣式超級(jí)電容器組的研制[A];第十二屆中國(guó)固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

5 單既成;陳維英;;超級(jí)電容器與通信備用電源[A];通信電源新技術(shù)論壇——2008通信電源學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

6 王燕;吳英鵬;黃毅;馬延風(fēng);陳永勝;;單層石墨用作超級(jí)電容器的研究[A];2009年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集（上冊(cè)）[C];2009年

7 趙健偉;倪文彬;王登超;黃忠杰;;超級(jí)電容器電極材料的設(shè)計(jì)、制備及性質(zhì)研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第10分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

8 張琦;鄭明森;董全峰;田昭武;;基于薄液層反應(yīng)的新型超級(jí)電容器——多孔碳電極材料的影響[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第10分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

9 馬衍偉;;新型超級(jí)電容器石墨烯電極材料的研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

10 劉不厭;彭喬;孫s，

本文編號(hào)：855452