本文關鍵詞：錳氧化物超級電容器電極材料的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超級電容器是介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的一種新型綠色儲能元件。因具有充放電效率高、瞬間釋放大電流、維護成本低等優(yōu)點，具有非常廣泛的應用領域。尤其在電動汽車，移動通訊，電子設備，航空航天等領域具有巨大的應用前景，引起世界范圍內的極大關注。但超級電容器能量密度相對較低，應用具有一定的局限性，限制了取代電池的進程。因此如何保證高功率密度的基礎上提高電容器的能量密度已經成為科學界的一大挑戰(zhàn)。 超級電容器性能的提高主要是制備出高性能的電極材料。過渡族金屬氧化物RuO2，MnOx，NiO，，Co3O4，F(xiàn)e3O4，VOx等，因其相對于碳基材料和導電聚合物材料來說，具有較高的理論比容量和高的能量密度等優(yōu)勢而成為電化學電容器最有潛力的電極材料。其中由于MnOx具有資源廣泛、價格低廉、具有多種氧化態(tài)、電化學窗口較寬、環(huán)境友善等優(yōu)點倍受人們的關注，是發(fā)展超級電容器最理想的電極材料。但錳氧化物自身導電性較差，很難通過提高錳氧化物電極活性物質的質量提高電極的儲能性能，限制了作為超級電容器電極材料的發(fā)展。因此如何提高錳氧化物的導電性是科研工作者面臨的科技難題。目前通過與高導電的碳材料（碳納米管，石墨烯等）復合組成復合電極取得了一定的成功，但合成方法復雜，不利于實際的生產和應用。本文通過一種工藝簡單，成本低廉的化學方法，以高導電的碳材料為基底生長MnOx，研究其作為超級電容器電極材料的性能。利用掃描電子顯微鏡（SEM），傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR），X-射線衍射儀（XRD），X射線光電子能譜儀（XPS）表征手段對樣品的結構與形貌進行分析。運用恒流充放電，循環(huán)伏安電化學分析方法研究其作為電容器電極材料的電化學性能。 本論文中，第一部分采用水浴法在具有三維網(wǎng)狀結構的碳纖維紙（CFP）基底上沉積錳氧化物。結果表明沉積的錳氧化物是不定形態(tài)的Mn4+和Mn3+同時存在的水合錳氧化物，表示為a-MnOx·nH2O。其中MnOx以納米線的形式在碳纖維表面生長，并有少量團聚成納米球。碳纖維紙的三維網(wǎng)狀結構和MnOx納米線生長形式非常有利于電解液的浸入和潤濕。電化學性能測試表明沉積質量為0.25mg MnOx活性物質的MnOx/CFP復合電極在電流密度為0.5A/g時比電容達到了271.5F/g，在15A/g大電流密度下充放電循環(huán)1000次，電容值保持初始比電容的95.8%。而沉積1.04mg MnOx活性物質的MnOx/CFP復合電極在電流密度為0.5A/g時比電容也達到了203.6F/g。說明以CFP為基底制得的MnOx/CFP復合電極具有良好的電化學性能，改善了MnOx活性物質的導電性，可以通過提高MnOx活性物質質量增加電極的儲能性能。電極退火后比電容下降明顯，但穩(wěn)定性增加，400℃退火的MnOx/CFP復合電極在6A/g電流密度充放電1000次比電容是初始比電容的131.4%。 第二部分采用同樣的方法在碳氈（CF）和碳布（CC）基底上生長MnOx電極活性物質。結果發(fā)現(xiàn)制得的MnOx與碳纖維紙相同，且都具有良好的電容特性。其中MnOx/CF復合電極在0.5A/g電流密度下比電容有240.4F/g，在10A/g電流密度下充放電1000次比電容為初始值的82.9%。而MnOx/CC復合電極在0.5A/g電流密度下比電容達到了249.7F/g，在15A/g電流密度下充放電1000次比電容保持初始比電容的94.1%。 通過對比不同碳材料作為基底制備的復合電極，得出以碳纖維紙為基底生長MnOx具有更加優(yōu)異的電化學性能。但碳氈和碳布價格便宜，仍具有一定的研究和應用價值。此外本論文在電極制備過程中沒有使用任何的粘結劑和導電劑。而且合成工藝簡單，成本低廉，有利于實際的生產和應用。
【關鍵詞】：超級電容器 贗電容 錳氧化物 碳材料 納米線 電化學性能
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TQ137.12;TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-30
• 1.1 引言12
• 1.2 超級電容器的介紹12-18
• 1.2.1 超級電容器的結構12-14
• 1.2.2 超級電容器的工作原理與分類14-16
• 1.2.2.1 雙電層電容器14-15
• 1.2.2.2 法拉第準電容器15-16
• 1.2.3 超級電容器的特點16-17
• 1.2.4 超級電容器的應用及現(xiàn)狀17-18
• 1.3 超級電容器電極材料18-27
• 1.3.1 碳電極材料19-20
• 1.3.2 導電聚合物電極材料20-21
• 1.3.3 金屬氧化物電極材料21-27
• 1.4 選題背景及選題依據(jù)27-30
• 第二章 試驗方法及原理30-38
• 2.1 實驗藥品及儀器設備30-31
• 2.1.1 主要化學試劑及原材料30-31
• 2.1.2 主要實驗儀器設備31
• 2.2 材料表征方法31-32
• 2.2.1 X 射線衍射（XRD）31-32
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡（SEM）32
• 2.2.3 X 射線光電子能譜（XPS）32
• 2.2.4 傅里葉變換紅外光譜（FTIR ）32
• 2.3 電化學測試方法32-38
• 2.3.1 循環(huán)伏安測試及原理32-35
• 2.3.2 恒電流充放電測試及原理35-38
• 第三章 碳纖維紙上沉積 MnO_x電容特性研究38-52
• 3.1 實驗部分38
• 3.1.1 材料的制備38
• 3.1.2 電化學性能測試38
• 3.2 結果與討論38-50
• 3.2.1 探究水浴溫度對 MnO_x/CFP 電極電化學性能的影響38-39
• 3.2.2 探究水浴時間對電極材料質量以及電容特性的影響39-47
• 3.2.2.1 電極材料的物性表征40-43
• 3.2.2.2 電極材料的電化學性能測試43-47
• 3.2.3 退火溫度對電極材料性能的影響47-50
• 3.2.3.1 退火后電極材料的物性表征47-48
• 3.2.3.2 電極材料的電化學性能測試48-50
• 3.3 本章小結50-52
• 第四章 碳氈、碳布沉積 MnO_x電容特性研究52-62
• 4.1 碳氈生長 MnO_x作為超級電容器電極材料的研究52-56
• 4.1.1 材料的制備52
• 4.1.2 電極材料物性表征52-53
• 4.1.3 電化學性能測試53-56
• 4.1.4 小結56
• 4.2 碳布生長 MnO_x作為超級電容器電極材料的研究56-59
• 4.2.1 材料的制備56
• 4.2.2 電極材料物性表征56-57
• 4.2.3 電化學性能測試57-59
• 4.2.4 小結59
• 4.3 本章小結59-62
• 第五章 結論62-64
• 參考文獻64-76
• 致謝76

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 周強;王金全;楊波;;超級電容器:性能優(yōu)越的儲能器件[J];電氣技術;2006年06期

2 張琦;王金全;;超級電容器及應用探討[J];電氣技術;2007年08期

3 房振乾,劉文西,陳玉如;新型氧電極催化劑材料納米γ型MnO_2——合成及其電化學性能[J];電源技術;2003年03期

4 夏熙,劉玲;二氧化錳在鋰離子電池中的應用[J];電源技術;1997年03期

5 顧溫國,李勁,夏云發(fā),曹婉真;紐扣型液體雙電層電容器的研制[J];電子元件與材料;2000年03期

6 張治安,鄧梅根,胡永達,楊邦朝;電化學電容器的特點及應用[J];電子元件與材料;2003年11期

7 吳雯;周丹丹;侯孟炎;夏永姚;;納米MnO_2的制備及其電化學性能研究[J];電化學;2012年04期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王新宇;超級電容器用新型電極材料的研究[D];中南大學;2011年

2 李會巧;超級電容器及其相關材料的研究[D];復旦大學;2008年

  本文關鍵詞：錳氧化物超級電容器電極材料的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：356376