本文選題：超級電容器 + LSM　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致化石燃料的快速消耗和環(huán)境污染的增加。因此,高效、清潔和可持續(xù)發(fā)展的新能源以及相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換存儲新技術(shù)成為目前全球范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。電化學(xué)超級電容器(ES)因為具有高功率密度和長循環(huán)壽命的優(yōu)勢而受到越來越多的關(guān)注。目前超級電容器面臨的主要挑戰(zhàn)包括低能量密度和高生產(chǎn)成本。關(guān)于超級電容器電極材料的研究主要集中在開發(fā)新型電極材料和開發(fā)復(fù)合電極材料兩個方面。本論文主要以二氧化錳、鈣鈦礦型氧化物以及它們的復(fù)合物作為超級電容器電極材料,并對電極材料的物理化學(xué)特性、電化學(xué)性能以及相關(guān)的機(jī)理進(jìn)行了深入研究。本文首先利用簡單的水熱法合成MnO_2并分析了其物相特征以及電化學(xué)性能;然后將MnO_2在100~700℃之間進(jìn)行退火處理,并對不同退火溫度處理的MnO_2電極進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)隨著退火溫度的增加MnO_2的物理化學(xué)特性以及電化學(xué)性能發(fā)生明顯變化;當(dāng)退火溫度在100~300℃范圍內(nèi)時MnO_2的電化學(xué)性能得到大幅度提升。退火溫度是影響MnO_2物理化學(xué)特性以及電化學(xué)性能的重要因素。鈣鈦礦型氧化物錳酸鍶鑭(LSM)具有良好的室溫導(dǎo)電性和優(yōu)異的電化學(xué)活性,然而將其作為超級電容器電極材料的研究鮮有報道。本文首先將(La0.75Sr0.25)0.95Mn O3-δ作為電極活性物質(zhì),主要研究LSM的贗電容特性以及循環(huán)穩(wěn)定性,結(jié)果表明LSM是一種潛在的新型超級電容器電極材料。其次,利用溶膠-凝膠法合成不同Sr摻雜量的La1-xSrx Mn O3樣品,隨著Sr摻雜量的增加LSM電極的比電容呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢;當(dāng)Sr的摻雜量達(dá)到x=0.5時,LSM電極表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能,比電容能達(dá)到134.7 F g-1。在MnO_2和LSM的研究基礎(chǔ)上,為了進(jìn)一步提高M(jìn)nO_2的電化學(xué)性能,本文首次采用具有良好室溫電子導(dǎo)電性的LSM復(fù)合MnO_2,制成LSM/MnO_2復(fù)合電極材料。首先將LSM與MnO_2進(jìn)行機(jī)械混合,形成不同LSM含量的復(fù)合電極材料,并將LSM/MnO_2復(fù)合電極與單一LSM電極和MnO_2電極進(jìn)行對比研究,結(jié)果表明LSM含量為10 wt%時復(fù)合電極表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能,在2 m V s-1時比電容能達(dá)到287.8 F g-1,高于純MnO_2(251.7 Fg-1)和LSM(108 F g-1)電極,而且經(jīng)過1000次循環(huán)后比電容沒有出現(xiàn)衰退,復(fù)合電極體現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能。為研究LSM在復(fù)合電極中所起的作用,制備C/MnO_2復(fù)合電極作為對比電極。研究發(fā)現(xiàn)在大電流充放電時LSM/MnO_2復(fù)合電極的比電容高于C/MnO_2,電流密度越大電容增加效應(yīng)越明顯。LSM能提高M(jìn)nO_2的倍率性能,尤其是在大電流放電時的倍率特性,比如在200 m V s-1時比電容的增加百分比能達(dá)到47.1%,而C/MnO_2復(fù)合電極則不存在這種效應(yīng)。以上研究結(jié)果表明LSM在LSM/MnO_2復(fù)合電極中不僅可提高電極的電子電導(dǎo)率,從而提升復(fù)合電極的比電容,其固有的贗電容特性還可顯著提升復(fù)合電極在大電流放電時的倍率性能。為了進(jìn)一步研究LSM對經(jīng)典MnO_2電極的改性機(jī)制,提高LSM/MnO_2復(fù)合電極的電化學(xué)性能,本文利用水熱法一步完成LSM與MnO2的復(fù)合。研究表明,與機(jī)械混合相比,水熱合成的LSM/MnO_2復(fù)合物具有更優(yōu)異的電化學(xué)性能,比電容高達(dá)437.2 F g-1。水熱法制備的LSM/MnO_2復(fù)合電極不僅具有更高的比電容,而且LSM還可極大地改善MnO_2電極大電流段的倍率特性:與純MnO_2電極和純LSM電極相比,LSM/MnO_2復(fù)合電極的容量增加百分比分別達(dá)到70.1%和416.3%,表明本文中研究的復(fù)合電極在高電流密度下更具有應(yīng)用價值。LSM對MnO_2電極的改性機(jī)制研究表明,LSM/MnO2復(fù)合電極優(yōu)異的電化學(xué)性能來自LSM良好的電子電導(dǎo)率(室溫電導(dǎo)率高出MnO_2 5-6個數(shù)量級)、LSM與MnO_2各自的贗電容效應(yīng)以及二者間強(qiáng)烈的協(xié)同效應(yīng)。
[Abstract]:A new type of electrode material with high power density and long cycle life has been studied in this paper . The results show that LSM is a potential new electrode material with high power density and long cycle life . In order to further study the mechanism of LSM / MnO _ 2 composite electrode , LSM / MnO _ 2 composite electrode has better electrochemical performance than that of pure MnO _ 2 electrode , and LSM / MnO _ 2 composite electrode prepared by hydrothermal method has higher specific capacitance , and LSM / MnO _ 2 composite electrode has better electrochemical performance than pure LSM / MnO _ 2 composite electrode .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB33;TM53

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 葛軍;超級電容器用明膠基和化學(xué)氣相沉積碳材料的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（理化技術(shù)研究所）;2009年

2 慈穎;基于碳材料和氧化釕超級電容器的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（理化技術(shù)研究所）;2007年

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本文編號：2036372