本文關(guān)鍵詞：高性能二氧化錳電極材料的合成及超級(jí)電容器件組裝

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【摘要】：超級(jí)電容器是一種新興的儲(chǔ)能元件,具有能量密度高、安全性高和操作方便的優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是補(bǔ)充鋰離子電池市場空缺的潛在設(shè)備。超級(jí)電容器儲(chǔ)能機(jī)理一般分為雙電層電容和贗電容兩類。相比雙電層電容器,贗電容電容器具有更高的能量密度。在贗電容電極材料中,MnO2因其理論比電容高(～1370 F.g-1)、來源廣泛、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),成為了最受歡迎的贗電容電容器材料之一�；谛蚊埠徒Y(jié)構(gòu)的MnO2可控合成已經(jīng)有大量報(bào)導(dǎo),但是如何提高M(jìn)1102質(zhì)量比電容和循環(huán)穩(wěn)定性仍是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)。本論文以葡萄糖和高錳酸鉀為原料,分別采用回流沉淀法和水熱法,合成了無定型二氧化錳微納米結(jié)構(gòu),通過控制合成條件和引入外來離子,有效提高了產(chǎn)物的超電容性能。所得產(chǎn)物組裝為全固態(tài)超級(jí)電容器。首先,利用簡單的回流加熱方式,在水溶液中獲得了尺寸在100 nm左右的無定型錳氧化物納米顆粒。通過對(duì)不同加熱時(shí)間下所得產(chǎn)物的性能進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)當(dāng)回流時(shí)間為16 h時(shí),產(chǎn)物具有最大的比表面和適合的孔徑。對(duì)產(chǎn)物的電化學(xué)性能進(jìn)行測試表明,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為16 h時(shí),樣品的質(zhì)量比電容值最高為309 F-g-1。比表面積和含水量均是影響電容量的重要因素。對(duì)樣品進(jìn)行煅燒后,其含水量下降,電化學(xué)性能也隨之下降。第二,通過KMnO4和葡萄糖合成了低K+離子含量的無定型MnO2,獲得的產(chǎn)物由于層間間距比較大,有利于引入外來離子,從而具有良好的電化學(xué)性能。然而,隨著K+離子含量的增加,電容性能卻隨之下降。通過在水熱過程中引入Na+離子,合成了Na+離子嵌入MnO2。在合適的嵌入含量下,樣品在1 A-g-1電流密度下其電容量為295 F-g-1。電容性能的提高歸因于電極內(nèi)Na+擴(kuò)散系數(shù)和電導(dǎo)能力的提高。在材料合成基礎(chǔ)上,將Na+離子嵌入MnO2材料涂覆在石墨紙上做電極,成功地制作出對(duì)稱型超級(jí)電容器。該超級(jí)電容器在LiCl/PVA電解質(zhì)中表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能,所組裝的器件可點(diǎn)亮一盞LED燈。最后,利用Na+離子嵌入MnO2電極材料N1制作了全固態(tài)對(duì)稱型超級(jí)電容器器件,并結(jié)合活性炭制作了全固態(tài)不對(duì)稱型超級(jí)電容器器件。分別討論了電解質(zhì)、隔膜種類對(duì)電容器性能的影響。采用Na2MoO4/PVA為電解質(zhì)的電容器具有較為理想的超電容行為。該不對(duì)稱型電容器在5 mA·-cm-2電流密度下,面積比電容為232 mF·cm-2,能量密度可達(dá)到31.47 Wh-Kg-1。
【關(guān)鍵詞】：錳氧化物 離子嵌入 超級(jí)電容器 無定型 回流沉淀法
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 前言11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 超級(jí)電容器材料11-18
• 1.2.1 碳基復(fù)合材料12
• 1.2.2 錳氧化物電極材料12-16
• 1.2.2.1 錳氧化物電極材料合成12-13
• 1.2.2.2 碳材料復(fù)合結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.2.3 多金屬氧化物復(fù)合結(jié)構(gòu)14-16
• 1.2.3 其它過渡金屬氧化物16-18
• 1.3 全固態(tài)超級(jí)電容器器件18-23
• 1.3.1 基于便攜設(shè)備要求設(shè)計(jì)的超級(jí)電容器電極18-20
• 1.3.2 固態(tài)對(duì)稱型超級(jí)電容器20-22
• 1.3.3 固態(tài)非對(duì)稱型超級(jí)電容器22-23
• 1.4 研究內(nèi)容23-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)所用藥品材料和表征技術(shù)25-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品材料25-26
• 2.2 材料的物性檢測26-27
• 2.2.1 掃描電鏡26
• 2.2.2 透射電子顯微鏡26-27
• 2.2.3 X射線衍射27
• 2.2.4 X光電子能譜儀27
• 2.2.5 比表面和孔徑分布測試27
• 2.3 電性能測試27-31
• 2.3.1 電極的制備27-28
• 2.3.2 循環(huán)伏安測試28-29
• 2.3.3 恒流充放電測試29
• 2.3.4 電化學(xué)交流阻抗測試29-31
• 第三章 回流沉淀法制備無定型錳氧化物電極材料31-42
• 3.1 引言31-32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法和過程32
• 3.3 結(jié)果和討論32-41
• 3.3.1 物相分析32-34
• 3.3.2 結(jié)構(gòu)與形態(tài)分析34-35
• 3.3.3 XPS分析35-36
• 3.3.4 電性能測試36-40
• 3.3.5 煅燒溫度的影響40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 嵌入離子對(duì)無定型MNO_2電極材料性能的影響42-60
• 4.1 引言42-43
• 4.2 實(shí)驗(yàn)的方法和過程43
• 4.2.1 MnO_2前驅(qū)體的制備43
• 4.2.2 陽離子的引入43
• 4.2.3 全固態(tài)超級(jí)電容器器件的組裝43
• 4.3 結(jié)果和討論43-59
• 4.3.1 樣品的XRD分析43-45
• 4.3.2 樣品的電化學(xué)性能分析45-48
• 4.3.3 材料的形態(tài)分析48-51
• 4.3.4 比表面和孔徑分布分析51-52
• 4.3.5 XPS分析52-54
• 4.3.6 鈉離子增強(qiáng)MnO_2電容性能的機(jī)理分析54-55
• 4.3.7 擴(kuò)散系數(shù)55
• 4.3.8 阻抗分析55-56
• 4.3.9 Li~+離子嵌入效應(yīng)研究56-57
• 4.3.10 循環(huán)壽命分析57
• 4.3.11 便攜式全固態(tài)超級(jí)電容器的組裝及性能測試57-59
• 4.4 小結(jié)59-60
• 第五章 全固態(tài)柔性超級(jí)電容器的研究60-70
• 5.1 引言60
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法60-62
• 5.2.1 電極的制備60
• 5.2.2 PVA基聚合物電解質(zhì)凝膠的制備60-61
• 5.2.3 電容器隔膜的處理61-62
• 5.2.4 超級(jí)電容器件的組裝62
• 5.2.5 超級(jí)電容器件的測試62
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論62-69
• 5.3.1 電解質(zhì)對(duì)對(duì)稱型超級(jí)電容器的影響62-64
• 5.3.2 隔膜對(duì)超級(jí)電容器的影響64-65
• 5.3.3 不對(duì)稱型超級(jí)電容器的研究65-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 第六章 結(jié)論70-71
• 參考文獻(xiàn)71-81
• 致謝81-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄82

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 柳勁松;李濤;;石墨烯/氧化鋅復(fù)合材料超級(jí)電容電化學(xué)性能研究[J];電站系統(tǒng)工程;2015年04期

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本文編號(hào)：727043