【摘要】：近年來(lái),隨著化石燃料的枯竭及燃燒帶來(lái)的污染等一系列問(wèn)題,迫切需要清潔的新能源。超級(jí)電容器以高循環(huán)次數(shù)、快速的充放電速率和大的輸出功率被廣泛研究和應(yīng)用。超級(jí)電容器主要的電極材料分為三種,碳基材料、金屬氧化物材料和導(dǎo)電聚合物材料,三種材料各具優(yōu)勢(shì)。所以如何利用兩種或兩種以上材料的優(yōu)勢(shì)性能組成不對(duì)稱電容器勢(shì)超級(jí)電容器熱門的研究方向。本文主要針對(duì)二氧化錳(MnO2)與碳材料復(fù)合,利用共沉淀法和直接還原的方法,制備了二氧化錳/活性炭(MnO2/AC)復(fù)合材料,并與碳納米管(CNTs)進(jìn)行復(fù)合改性。通過(guò)對(duì)復(fù)合材料反應(yīng)原理、反應(yīng)時(shí)間、AC及CNTs摻雜比例調(diào)控、導(dǎo)電劑(Super P)及CNTs的比例等多方面的優(yōu)化工作,制備出了性能優(yōu)異的MnO2-AC-CNTs復(fù)合材料,并測(cè)試其電化學(xué)性能。然后以該材料作為正極,以CNTs改良后的AC作為負(fù)極組裝水系不對(duì)稱超級(jí)電容器。通過(guò)調(diào)控正負(fù)極容量比(質(zhì)量比),對(duì)所得電容器的比容量、倍率特性及循環(huán)穩(wěn)定性進(jìn)行了探索研究:1.通過(guò)高錳酸鉀(KMnO4)與四水合醋酸錳(Mn(CH3COO)2·4H2O)的反應(yīng)制備α-MnO2,再用共沉淀的方法制備了AC-α-MnO2的復(fù)合材料。制得α-MnO2材料有著很高的比電容,在0.5M的水系中性的硫酸鉀(K2SO4)電解液中可以實(shí)現(xiàn)266 F/g的比電容,是一種具有非常高比電容的贗電容材料;2.通過(guò)AC直接還原KMnO4的方法制得AC-α-MnO2復(fù)合材料,并進(jìn)一步與CNTs進(jìn)行復(fù)合改性。通過(guò)對(duì)反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化,摻雜比例的調(diào)控制備出了導(dǎo)電性能優(yōu)異的MnO2-AC-CNTs復(fù)合材料。優(yōu)化完成后的復(fù)合材料的EIS阻抗大幅降低,較未摻雜CNTs時(shí)的材料減小到五分之一,在0.2 A/g時(shí)的比電容為129 F/g,在6 A/g時(shí)的容量保持率達(dá)到78.6%,在2 mV/s掃速下的電容值為250 F/g;3.測(cè)試了MnO2-AC-CNTs作為正極與AC負(fù)極組裝成的電容器的電化學(xué)性能。首先對(duì)正極負(fù)極漿料的導(dǎo)電劑進(jìn)行CNTs取代優(yōu)化,進(jìn)一步提高了電極的倍率性能,在0.5M的K2SO4溶液中進(jìn)行測(cè)試時(shí),Mn02-AC-CNTs正極的倍率由未優(yōu)化前的78.6%提高到95.2%,AC負(fù)極的倍率由70%提高到75%。用Swagelok模具組裝出的不對(duì)稱水系超級(jí)電容器的電容在0.2 A/g下為38 F/g,當(dāng)電流密度增大到50 A/g時(shí)仍有72%的保持率,在4 A/g的電流密度下循環(huán)10000圈后,具有78%的容量保持率,顯示出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【圖文】：

第一章緒論組合，一般有以下三種不同種類的超級(jí)電容器，一是兩個(gè)電極都為雙能的雙電層電容器，一般是由兩個(gè)碳基極片組成；二是法拉第贗電容具有贗電容的極片構(gòu)成；第三種是可以充分利用兩種材料不同儲(chǔ)能和點(diǎn)的不對(duì)稱超級(jí)電容器。三種電容器的原理示意圖如下：逡逑．．．

這個(gè)電化學(xué)過(guò)程高度可逆并具有電容特征，但又與界面雙電層電容形成過(guò)程逡逑不同，不單單是簡(jiǎn)單的電荷轉(zhuǎn)移，而是通過(guò)氧化還原反應(yīng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電荷與能量的逡逑儲(chǔ)存。如下圖１．３所示，是兩種不同儲(chǔ)能機(jī)理的對(duì)比圖，，圖中選擇Ｒｕ０２金屬氧化逡逑物來(lái)舉例。逡逑Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ逡逑（ａ）邋ｄ＆ｕＷｅ－Ｌａｙｅｒ邋ｃａＤａｃｉｔａｎｃｅ邋（ｂ）邋Ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｔｔａｎｃｅ逡逑Ｂ邋ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邐ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ．逡逑＾邐Ｈｅｌｍｈｏｔａ邋名邋＿逡逑ｄ＇邐＾ｄｏｕｂｌｅ邐｜逡逑＿邐ｇ邋：｜逡逑＇邋＃邋－邋，逡逑丨￣｜－邋０．６邋ｔｏ邋１邐邐￣Ｈ－ｎｍ邋ｔｏ邋ｊｉｍ－ｔｎ：ｄ＜逡逑圖１．３兩種不同儲(chǔ)能機(jī)理的過(guò)程圖逡逑１．２．邋３超級(jí)電容器的特點(diǎn)逡逑超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn)有以下面幾個(gè)方面：內(nèi)阻小，所以其功率密度高，保證了逡逑電荷可以進(jìn)行快速貯存和釋放，從而得到較高的輸出功率密度［１９］；充放電循環(huán)壽逡逑命久，因?yàn)殡娀瘜W(xué)過(guò)程中只有簡(jiǎn)單的離子和電荷的傳遞，也就是僅為雙電層電容，逡逑５逡逑
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB33;TM53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2607207