本文關鍵詞：水熱法與溶膠凝膠法制備錳酸鋰及其電容性能研究

  更多相關文章： 混合超級電容器 尖晶石型LiMn_2O_4 水熱法 葡萄糖輔助sol-gel法 比電容

【摘要】：近些年,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,人口的增長,能源短缺與環(huán)境污染問題日趨嚴重。超級電容器以其功率密度高、能量密度大、循環(huán)壽命長、毒性小、低-甚至零-污染等優(yōu)點被視為最有發(fā)展前景的交通運輸車輛的動力能量來源,是一種介于電池與傳統(tǒng)電容器之間的新型綠色儲能器件。經(jīng)研究證明,將納米結構LiMn_2O_4用作超級電容器的電極材料,能夠提高超級電容器的比容量,具有可觀的研究前景。本論文以MnO_2和LiMn_2O_4納米材料為研究對象,與活性炭組裝成非對稱超級電容器,并研究其在中性電解液中的電化學性能。以葡萄糖和高錳酸鉀為原料,在不同反應溫度(30 oC、60 oC和90 oC)條件下合成了不同形貌的無定型MnO_2,通過XRD和SEM對產(chǎn)物進行結構和形貌分析,并研究了其在Li2SO4中性電解液中的電化學性能。循環(huán)伏安測試結果表明在反應溫度為30 oC條件下,制備的產(chǎn)物電化學性能最佳。與活性炭組裝成非對稱超級電容器后,在0~1.8 V電壓范圍和200 mA·g-1電流密度下,比電容最高可達33.8 F·g-1,甚至在600 mA·g-1電流密度下,比電容仍可保持在30.27 F·g-1。在200 mA·g-1電流密度下進行1000次充放電循環(huán)后其比電容下降了13.4%,表明AC//MnO_2電容器循環(huán)穩(wěn)定性較差。以上述無定型MnO_2為原料,首次采用水熱法利用無定型MnO_2分別在不同反應時間和不同鋰含量條件下合成了LiMn_2O_4及其富鋰化合物Li1.13Mn_2O_4,通過XRD和SEM對產(chǎn)物進行結構和形貌分析,并研究了其在Li2SO4中性電解液中的電化學性能。當n(Li)/n(Mn)為1:2時,將反應體系分別進行12 h、24 h和48 h水熱反應,循環(huán)伏安測試結果表明在48 h反應條件下制備的產(chǎn)物電化學性能最好,與活性炭組裝成混合超級電容器后,在0~1.8 V電壓范圍和200 mA·g-1電流密度下,比電容最高可達42.89 F·g-1,甚至在600 mA·g-1電流密度下,比電容仍可保持在38.31 F·g-1。在200 mA·g-1電流密度下進行1000次充放電循環(huán)后比電容下降了5.9%,表明AC//LiMn_2O_4電容器的電化學性能比AC//MnO_2好。當水熱反應時間控制為48 h,把n(Li)/n(Mn)為調(diào)整為4:5時,可以得到Li1.13Mn_2O_4富鋰產(chǎn)物,與活性炭組裝成混合超級電容器后,在0~1.8 V電壓范圍和200 mA·g-1電流密度下,比電容最高可達40.94 F·g-1,經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后,比電容僅僅下降了0.8%,說明AC//Li1.13Mn_2O_4電容器比AC//LiMn_2O_4具有更穩(wěn)定的循環(huán)性能。利用葡萄糖輔助溶膠-凝膠法在不同煅燒溫度和不同葡萄糖含量條件下合成了八面體結構LiMn_2O_4,通過XRD和SEM對產(chǎn)物進行結構和形貌分析,并研究了其在Li2SO4中性電解液中的電化學性能。當n[C6H12O6]/n[Mn(Ac)2]為6:1時,煅燒溫度分別為650 oC、750 oC和850 oC,循環(huán)伏安測試結果表明在750 oC煅燒條件下制備的產(chǎn)物電化學性能最佳。與活性炭組裝成混合超級電容器后,在0~1.8 V電壓范圍和200 mA·g-1電流密度下,比電容最高可達44.03F·g-1,甚至在600 mA·g-1電流密度下,比電容仍可保持在40.91 F·g-1。在200 mA·g-1電流密度下進行1000次充放電循環(huán)后比電容下降了4.7%。當煅燒溫度控制為750 oC,把[C6H12O6]/n[Mn(Ac)2]分別減小為5:1和4:1,循環(huán)伏安測試結果結果表明在[C6H12O6]/n[Mn(Ac)2]為4:1條件下得到的產(chǎn)物電化學性能最差,與活性炭組裝成混合超級電容器后,在0~1.8 V電壓范圍和200 mA·g-1電流密度下,最高比電容僅為40.85 F·g-1,經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后,比電容下降了7.7%。由此說明反應過程中葡萄糖用量對產(chǎn)物電化學性能具有重大影響,減少葡萄糖用量會使AC//LiMn_2O_4電容器的電化學性能變差。
【關鍵詞】：混合超級電容器 尖晶石型LiMn_2O_4 水熱法 葡萄糖輔助sol-gel法 比電容
【學位授予單位】：西華師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ131.11;TM53
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-26
• 1.1 超級電容器的簡介10-14
• 1.1.1 超級電容器的研究背景與發(fā)展歷史10-14
• 1.2 超級電容器電極材料的研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 碳材料14-15
• 1.2.2 導電聚合物15-16
• 1.2.3 過渡金屬氧化物16-19
• 1.3 尖晶石型LiMn_2O_4的晶體結構與儲能機理19-21
• 1.3.1 尖晶石型LiMn_2O_4的晶體結構19
• 1.3.2 尖晶石型LiMn_2O_4的儲能原理19-20
• 1.3.3 尖晶石LiMn_2O_4容量衰減的原因20
• 1.3.4 AC//LiMn_2O_4正負電極質(zhì)量比的確定20-21
• 1.4 LiMn_2O_4的常見合成方法21-23
• 1.4.1 高溫固相合成法21-22
• 1.4.2 溶膠-凝膠法22
• 1.4.3 水熱合成法22-23
• 1.4.4 共沉淀法23
• 1.5 本論文的選題意義23-24
• 1.6 本論文的主要研究內(nèi)容24-26
• 第2章 實驗所用儀器藥品及電化學測試26-31
• 2.1 實驗藥品及儀器設備26-27
• 2.1.1 實驗藥品26
• 2.1.2 實驗儀器26-27
• 2.2 電化學測試原理27-31
• 2.2.1 循環(huán)伏安法(Cyclic Voltammetry)27-29
• 2.2.2 恒流充放電法(Galvanostatic C harge-Discharge)29-31
• 第3章 無定型MnO_2水熱制備LiMn_2O_4及其電化學性能研究31-49
• 3.1 無定型氧化錳的制備與電化學性能研究31-37
• 3.1.1 實驗部分31
• 3.1.2 材料表征31-32
• 3.1.3 結果與討論32-37
• 3.2 水熱法制備LiMn_2O_4及其電化學性能研究37-44
• 3.2.1 實驗部分37
• 3.2.2 結果與討論37-44
• 3.3 改變鋰離子含量制備Li1.13Mn_2O_4及其電化學性能研究44-48
• 3.3.1 實驗部分44
• 3.3.2 結果與討論44-48
• 3.4 本章小結48
• 3.5 本章工作新穎之處48-49
• 第4章 葡萄糖輔助溶膠-凝膠法制備八面體LiMn_2O_4及其電化學性能研究49-62
• 4.1 煅燒溫度對LiMn_2O_4形貌與電容性能的影響49-56
• 4.1.1 實驗部分49-50
• 4.1.2 LiMn_2O_4材料的表征50
• 4.1.3 結果與討論50-56
• 4.2 葡萄糖的加入量對LiMn_2O_4形貌與電容性能的影響56-61
• 4.2.1 實驗部分56
• 4.2.2 結果與討論56-61
• 4.3 本章小結61
• 4.4 本章新穎之處61-62
• 第5章 本論文總結62-65
• 5.1 本論文主要結論62-63
• 5.2 今后工作展望63-65
• 參考文獻65-73
• 致謝73-76
• 在學期間的科研情況76

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：749615