發(fā)布時間：2017-09-27 15:43

  本文關(guān)鍵詞：二氧化錳納米復(fù)合材料的制備及超級電容器的性能研究

  更多相關(guān)文章： 超級電容器 二氧化錳 ATO 氧化銅 納米復(fù)合材料 電化學(xué)性能

【摘要】：化石能源(煤、石油和天然氣)的過度消耗所引起的全球性能源危機(jī),使得人類越來越意識到新能源開發(fā)和利用的重要性。超級電容器作為一種新型能量儲存裝置,具有高的功率密度、良好的可逆性、較寬的工作溫度范圍以及長久的循環(huán)壽命等諸多優(yōu)點,引起廣大研究者們的廣泛關(guān)注。電極材料是影響超級電容器電化學(xué)性能的主要因素,所以對電極材料的研究也具有重要的意義。金屬氧化物具有極好的可逆性、較高的能量密度和比電容,因而被廣泛用作超級電容器的電極材料。兩種或兩種以上的金屬氧化物復(fù)合而成的納米復(fù)合材料通常由于協(xié)同效應(yīng)而比單一的金屬氧化物具有更優(yōu)異的性能,是現(xiàn)在超級電容器研究的一個重點和熱點。本文通過X射線衍射儀(XRD)、聚焦離子束掃描電子顯微鏡(FIB/SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)以及比表面積測試儀(BET)等測試分析手段對所制備的活性物質(zhì)進(jìn)行形貌特征、晶體結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)的分析。并采用循環(huán)伏安法、恒電流充放電法和交流阻抗法對樣品的電化學(xué)性能進(jìn)行研究。本文首先采用水熱法制備出摻銻二氧化錫(ATO)納米顆粒,然后將ATO與MnO2復(fù)合,使得ATO鑲嵌到MnO2納米片中,形成包覆結(jié)構(gòu)。利用ATO優(yōu)異的導(dǎo)電性來彌補MnO2導(dǎo)電性差的不足來提高M(jìn)nO2在充放電過程中的利用率是本文的一個主要思想。并通過調(diào)配銻的不同摻雜量來得到電化學(xué)性能最大時的最優(yōu)配比,最終得到銻摻量為7.5%(Sb:Sn摩爾比為7.5:100)時的ATO/MnO2的納米復(fù)合材料具有最大的比電容為186.8 F/g,比單一的ATO(1.4 F/g)和商品MnO2(14.5F/g)的比電容要高出很多,同時也具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性,展示出其良好的應(yīng)用前景。其次采用TOAB為表面活性劑利用常溫液相法制備出蒲公英狀CuO空心球結(jié)構(gòu),再以蒲公英狀空心球結(jié)構(gòu)的CuO為模板來負(fù)載MnO2。從剛開始的反應(yīng)2 h長在CuO表面的MnO2顆粒到反應(yīng)6 h顆粒長大變成MnO2薄片,一直到最后24 h時變成MnO2納米片自組裝納米花。通過XRD,SEM等技術(shù)手段對復(fù)合納米材料的化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)以及微觀形貌進(jìn)行了測試,并推測了蒲公英狀CuO空心球結(jié)構(gòu)和CuO/MnO2核殼結(jié)構(gòu)的可能形成機(jī)理。在三電極體系下,復(fù)合之后的CuO/MnO2核殼結(jié)構(gòu)的比電容(228 F/g)比單純的蒲公英狀CuO空心結(jié)構(gòu)(10 F/g)提高約20倍,而且具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性(在電流密度為0.6 A/g下,5000次循環(huán)后還可以保留原來的82.2%),顯示出該材料作為超級電容器的巨大前景。復(fù)合材料一般會存在協(xié)同效應(yīng)而比單一的材料具有更優(yōu)異的性能,本論文采用該思路合成了ATO/MnO2和CuO/MnO2納米復(fù)合材料,為深入研究和開發(fā)新穎微觀結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料提供了可靠思路。同時,制備出的納米復(fù)合材料顯示了優(yōu)異的電化學(xué)性能,是作為超級電容器電極材料的優(yōu)選材料。
【關(guān)鍵詞】：超級電容器 二氧化錳 ATO 氧化銅 納米復(fù)合材料 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;TM53
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-25
• 1.1 超級電容器概述9-14
• 1.1.1 超級電容器的發(fā)展歷程10-11
• 1.1.2 超級電容器的特點及應(yīng)用11-14
• 1.2 超級電容器的結(jié)構(gòu)和工作原理14-17
• 1.2.1 超級電容器的結(jié)構(gòu)14-15
• 1.2.2 超級電容器的工作原理15-17
• 1.3 超級電容器電極材料的研究進(jìn)展17-21
• 1.3.1 碳電極材料17-19
• 1.3.2 導(dǎo)電聚合物電極材料19-20
• 1.3.3 金屬氧化物電極材料20-21
• 1.4 納米MnO_2電極材料21-23
• 1.4.1 納米MnO_2的性質(zhì)21-22
• 1.4.2 納米MnO_2的制備方法22-23
• 1.4.3 納米MnO_2電極材料的缺點及改進(jìn)方法23
• 1.5 本論文研究的目的、意義和內(nèi)容23-25
• 1.5.1 研究的目的和意義23-24
• 1.5.2 本論文的研究內(nèi)容24-25
• 2 實驗材料與研究方法25-30
• 2.1 實驗材料與儀器25-26
• 2.1.1 實驗材料與試劑25
• 2.1.2 實驗儀器25-26
• 2.2 材料表征26-27
• 2.2.1 X射線衍射分析（XRD）26
• 2.2.2 聚焦離子束掃描電子顯微鏡分析（FIB/SEM）26-27
• 2.2.3 透射電鏡分析（TEM）27
• 2.2.4 氮吸附比表面積測試（BET）27
• 2.3 電化學(xué)性能測試27-30
• 2.3.1 三電極測試體系的電極制備27-29
• 2.3.2 循環(huán)伏安測試29
• 2.3.3 恒電流充放電測試29
• 2.3.4 交流阻抗測試29-30
• 3 ATO/MnO_2納米復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究30-39
• 3.1 實驗部分30-32
• 3.1.1 ATO納米材料的制備30-31
• 3.1.2 ATO/MnO_2納米復(fù)合材料的制備31
• 3.1.3 電極的制備及電化學(xué)性能測試31-32
• 3.2 結(jié)果與討論32-38
• 3.2.1 ATO/MnO_2納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征32-35
• 3.2.2 ATO/MnO_2納米復(fù)合材料的電化學(xué)性能測試35-38
• 3.3 本章小結(jié)38-39
• 4 CuO/MnO_2核殼結(jié)構(gòu)的制備及電化學(xué)性能研究39-50
• 4.1 實驗部分39-41
• 4.1.1 蒲公英狀CuO納米材料的制備39-40
• 4.1.2 CuO/MnO_2核殼結(jié)構(gòu)的制備40
• 4.1.3 電極的制備及電化學(xué)性能測試40-41
• 4.2 結(jié)果與討論41-48
• 4.2.1 CuO/MnO_2核殼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)表征41-45
• 4.2.2 CuO/MnO_2核殼結(jié)構(gòu)的電化學(xué)性能測試45-48
• 4.3 本章小結(jié)48-50
• 5 結(jié)論與展望50-52
• 5.1 結(jié)論50-51
• 5.2 展望51-52
• 致謝52-53
• 參考文獻(xiàn)53-61
• 附錄61
• A 攻讀碩士期間發(fā)表的論文61
• B 攻讀碩士期間所獲獎項61

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本文編號：930552