納米MnO2-炭黑電化學(xué)電容器電極材料研究.pdf

1、隨著風(fēng)能、太陽能等新能源的不斷開發(fā)，電化學(xué)電容器作為一種重要的儲能器件在能量的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用領(lǐng)域有著廣闊的前景。電化學(xué)電容器循環(huán)壽命長，綠色無污染，但能量密度低的缺點(diǎn)限制了其在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用，因此著力提高電化學(xué)電容器的能量密度成為眾多科研工作者研究的重點(diǎn)。
　　本文主要從兩個(gè)方面來研究提高電化學(xué)電容器的能量密度。
　　一方面是從提高電極材料的比容量入手。MnO2作為金屬氧化物電極比容量較高，價(jià)格低廉，綠色友好，但其電導(dǎo)率低使活

2、性物質(zhì)的利用率較低，循環(huán)性能較差。因此本文通過將電導(dǎo)率較高、表面積較大的炭黑作為載體，用簡便的共沉淀法在其表面沉積納米MnO2，制得復(fù)合材料。HRTEM測試結(jié)果表明，納米線狀MnO2均勻地分散在CB表面，二者具有很好的連接性。電化學(xué)測試結(jié)果表明，在2mV/s的電化學(xué)掃描速率下，MnO2/CB復(fù)合材料的比容量為186F/g，10mV/s下循環(huán)1000次容量保持率為91％。FESEM觀測1000次循環(huán)前后電極材料的變化可以看出，MnO2從復(fù)

3、合材料表面脫落使材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成了一些孔隙結(jié)構(gòu)并使接觸阻力變大，后通過EIS表征手段從動力學(xué)的角度分析了活性材料循環(huán)前后發(fā)生的變化。
　　另一方面是從提高電化學(xué)電容器的工作電壓入手。非對稱電容器使用兩種不同的電極材料做兩個(gè)電極，由于這兩種材料在同一種電解液中發(fā)生可逆循環(huán)時(shí)對應(yīng)的電化學(xué)電勢范圍不同，故通過組合這兩種電極材料可以有效地提高整個(gè)電容器的工作電壓。使用水系電解液時(shí)，其工作電壓就可高于1V，得到的電容器既保留了水系電

4、容器容量高的優(yōu)點(diǎn)，又解決了對稱電容器工作電壓低的問題。因此本文將制得的MnO2/CB復(fù)合材料和一種商用活性炭AC組裝成非對稱電容器。通過對兩者的CV曲線，確定出了兩種材料分別的電化學(xué)窗口，后根據(jù)計(jì)算公式算得了正負(fù)極質(zhì)量匹配。在2/3的質(zhì)量匹配下，詳細(xì)討論了非對稱電容器在不同工作電壓下的恒流充放電曲線。結(jié)果表明工作電壓在2.0V時(shí)依然能夠保持較好的氧化還原對稱性，能量密度達(dá)到31.9Wh/kg。1.9V工作電壓下，不同電流密度下的恒流充放