【摘要】：超級電容器是一種新型能源儲存設備,由于其快速充電/放電能力、功率密度大、循環(huán)壽命長和優(yōu)秀的可逆性等優(yōu)點獲得了研究者的注意。影響超級電容器電化學性能的關(guān)鍵因素是電極材料,而贗電容電極中的過渡金屬氧化物具有比電容高,易獲得等優(yōu)點引起研究者的廣泛關(guān)注。MnO_2是過渡金屬氧化物中最具潛力的,也是近年來的研究熱點。本文以MnO_2為主要研究對象,通過液相沉淀法,水浴液相法,水熱法,油浴回流法等方法合成了不同形貌的電極材料,制備出納米花狀MnO_2,納米棒狀MnO_2,MnO_2/NiCo_2O_4復合材料,Ce摻雜MnO_2等電極材料,并用SEM、XRD、XPS、循環(huán)伏安、恒電流充放電和交流阻抗等方法對制備的電極材料進行了微觀結(jié)構(gòu)表征和電化學性能分析,主要內(nèi)容如下所示:1、以MnSO_4為還原劑和以KMnO_4為錳源,使用液相沉淀法、水浴液相法、水熱法等方法合成了不同形貌的MnO_2。研究發(fā)現(xiàn),水熱法制備的MnO_2為α-MnO_2,在微觀形貌上是納米棒狀,直徑約30-40 nm,長度可到達1μm;而液相法制備的MnO_2為ε-MnO_2,微觀形貌上為納米片團聚成的納米花,直徑500 nm;水浴液相法制備出的MnO_2為ε-MnO_2,微觀形貌上為表面納米片團聚成的納米花,直徑200 nm。同時將三種MnO_2制備成電極片,使用三電極體系在1 mol/L的Na_2SO_4水溶液中進行不同電化學測試,包括循環(huán)伏安、恒電流充放電和交流阻抗等,測試結(jié)果顯示α-MnO_2具有比較高的比電容和優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,α-MnO_2的比電容在0.5 A/g時能達到256 F/g,而且擁有更好的電導率。在8 A/g電流密度下循環(huán)2000次,電容保持率為86%。2、首先采用了水熱法合成出α-MnO_2納米棒,然后經(jīng)過化學反應再包覆NiCo_2O_4納米片,形成具有核殼結(jié)構(gòu)MnO_2/NiCo_2O_4復合材料。XRD和SEM的研究表明,NiCo_2O_4納米片均勻地生長在MnO_2納米棒的表面上形成更大比表面積的核殼復合結(jié)構(gòu)。電化學性能測試證明,MnO_2/NiCo_2O_4具有比較高的比電容和優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。MnO_2/NiCo_2O_4電極材料的比電容能達到434 F/g,在8 A/g的電流密度下循環(huán)2000次后,容量保持率為91.8%。3、通過簡單的水熱法合成MnO_2,并在其反應過程中摻雜Ce,制備出了改性MnO_2。鈰摻雜氧化錳作為一種贗電容電極材料擁有優(yōu)異的電化學性能,這與它的導電性好,比表面積大有直接的關(guān)系。通過研究發(fā)現(xiàn),鈰離子摻雜進入了MnO_2晶體中,并改變了MnO_2的形貌,使其從納米棒轉(zhuǎn)化成了納米片。電化學性能測試證明,10%鈰摻雜MnO_2電極比電容高達748 F/g。而且它的循環(huán)穩(wěn)定性也很好,經(jīng)過2000次循環(huán)后比電容保留量約為100%。實驗結(jié)果證明鈰能夠明顯提高MnO_2的比電容和電化學穩(wěn)定性,同時能夠促進MnO_2轉(zhuǎn)化成納米片。
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ137.12;TM53
【圖文】：

器分類級電容器以儲能機理為分類依據(jù)可以分為雙電層電容器(Capacitors, EDLC)和法拉第贗電容器(Pseudocapacitors)。容容器是通過在電極上施加電壓，然后電極材料與電解液接觸電荷分離來儲存電能的。電容器充放電過程中沒有化學反應快速的聚集轉(zhuǎn)移電荷，這就使它的充放電效率極高，而且耗[5]。19 世紀 60 年代之前，就已經(jīng)存在超級電容器這個概十年。1879 年，Helmholz 發(fā)現(xiàn)了電化學的雙電層儲能機理時，電極材料中電子由正極轉(zhuǎn)移到負極，而溶液中的陰離子中的電荷互相吸附，形成雙電層電容[6]。

拉第準電容器)，是通過電極材料可逆的氧化還原反應贗電容器存儲兩種類型的電荷：1)施加電壓后電極材層效應儲存電荷；2)電極材料的表層和內(nèi)部發(fā)生快速]。雖然贗電容與電池一樣，儲存電荷的過程中都存在程的表現(xiàn)更接近電容器，反應是具有電子轉(zhuǎn)移的非常任何相變，它們不涉及生成或破壞化學鍵，而且存儲壓成線性比例[15],[16]。way 首先提出了贗電容器儲能理論，他提出贗電容是。因此，對于相同的表面積，贗電容可能比雙電層電但是目前的贗電容能量密度還是比電池低，為了能夠密度，贗電容器已成為當前的研究熱點，特別是其電研究。

圖 1.3 二氧化錳的單元結(jié)構(gòu)Fig. 1.3 the structure of manganese dioxide錳的晶型nO2晶體均基于[MnO6]八面體結(jié)構(gòu)。兩個相鄰的八面體結(jié)構(gòu)一起，并且結(jié)合是按特殊的規(guī)律組合的。MnO2的晶體結(jié)構(gòu)主或隧道結(jié)構(gòu)，主要包括 ，β，γ， ，ρ 型；第二類是 MnO2;第三類是 MnO2的三維結(jié)構(gòu)，例如 λ 型[93]。不同晶型的 Mn盡管每種晶體形式的 MnO2的化學組成差別不大，但由于它構(gòu)，即不同的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)，它們所表現(xiàn)出的電化學性能中含有的羥基越多，氧化活性越強。MnO2晶體特征見表 1-表 1-2 MnO2晶體特征Tab. 1-2 The character of MnO2crystal晶格常數(shù)

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 陳嬋娟;胡中愛;胡英瑛;李麗;楊玉英;安寧;李志敏;吳紅英;;SnO_2/石墨納米片復合電極及其在超級電容器中的應用[J];物理化學學報;2014年12期

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 鐘玲瓏;二氧化錳超級電容器電極材料的研究[D];天津大學;2010年

本文編號：2783210