水系二氧化錳超級(jí)電容器電解質(zhì)性能研究.pdf

1、本文以二氧化錳為超級(jí)電容器電極材料，選取不同種類(lèi)水系電解質(zhì)溶液，研究水系電解質(zhì)溶液中電解質(zhì)鹽種類(lèi)、濃度以及第二項(xiàng)添加離子對(duì)電極電化學(xué)性能的影響。通過(guò)液相法、水熱法以及電解沉積法制備不同類(lèi)型二氧化錳材料，并采用X-射線(xiàn)衍射分析確定二氧化錳晶型，利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)二氧化錳的微觀形貌進(jìn)行表征。采用電導(dǎo)率測(cè)試儀測(cè)量電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，分析其對(duì)電流的傳輸能力。通過(guò)循環(huán)伏安、恒流充放電以及交流阻抗測(cè)試，分析二氧化錳電極在不同水系電解質(zhì)溶液中

2、的電化學(xué)性能。
　　研究結(jié)果表明：制備的二氧化錳顆粒其尺寸能夠達(dá)到納米級(jí)別，但均存在不同程度的團(tuán)聚現(xiàn)象。液相法制備的α-MnO2團(tuán)聚顆粒呈“花粉”狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由二氧化錳顆粒相互連接組成，顆粒之間存在大量孔隙?！盎ǚ邸睜顖F(tuán)聚顆粒分布均勻，且顆粒之間存在相互交聯(lián)現(xiàn)象；而水熱法制備的β-MnO2，其團(tuán)聚顆粒由短棒狀二氧化錳緊密貼合組成，短棒與短棒之間不存在孔隙；電解沉積制備的γ-MnO2具有相對(duì)良好的微觀形貌，短棒與短棒相互搭聯(lián)形成團(tuán)聚

3、顆粒，團(tuán)聚顆粒與團(tuán)聚顆粒之間通過(guò)搭聯(lián)的短棒相互連接；無(wú)定型二氧化錳由液相氧化法制得，生成的二氧化錳顆粒團(tuán)聚程度過(guò)高，導(dǎo)致其微觀形貌不統(tǒng)一，容易在制備電極過(guò)程中結(jié)塊。
　　硫酸鈉、硫酸鋰以及硫酸銨電解質(zhì)溶液中，溶液電導(dǎo)率隨著濃度的增加而增大，對(duì)電流的傳輸能力增強(qiáng)，但未出現(xiàn)數(shù)量級(jí)上的差異。對(duì)比不同晶型二氧化錳電極在不同種類(lèi)電解質(zhì)溶液中比容量發(fā)現(xiàn)，采用硫酸鋰溶液電極電化學(xué)性能較好，其比容量相比于傳統(tǒng)硫酸鈉電解質(zhì)提升10％~20%。硫酸鈉

4、電解質(zhì)溶液中α-MnO2與β-MnO2電極比容量先隨著濃度增加而增大，當(dāng)濃度達(dá)到0.7M時(shí)比容量增長(zhǎng)速度減緩，而γ-MnO2和無(wú)定型二氧化錳電極比容量出現(xiàn)下降；硫酸銨溶液中，各個(gè)類(lèi)型二氧化錳電極的比容量在0.7M處增速基本停止，即出現(xiàn)極大值；硫酸鋰電解質(zhì)中各個(gè)電極的比容量在0.7M處均出現(xiàn)下降。綜合分析發(fā)現(xiàn)，在水系電解質(zhì)溶液中溶液濃度采用0.7M為宜，此處電極比容量相比最小值提升30%左右。
　　硫酸鈉/硫酸銨和硫酸鈉/硫酸鋰混合

5、電解質(zhì)溶液中，同濃度下的混合電解質(zhì)溶液其電導(dǎo)率未出現(xiàn)明顯差距。添加硫酸鋰相比與硫酸銨能夠得到更大程度的性能提升。第二項(xiàng)添加陽(yáng)離子能夠在一定程度上提升電容器的整體性能。但溶液中添加陽(yáng)離子與基礎(chǔ)陽(yáng)離子之間并未產(chǎn)生協(xié)同作用，電容器電化學(xué)性能的體現(xiàn)只是兩種電解質(zhì)性能的機(jī)械疊加；而在硫酸鋰基混合電解質(zhì)溶液中，不同價(jià)態(tài)第二項(xiàng)添加陽(yáng)離子在濃度達(dá)到一定范圍后會(huì)對(duì)電容器性能產(chǎn)生影響。高價(jià)態(tài)的添加陽(yáng)離子與基礎(chǔ)離子具有更強(qiáng)的相互作用力，在溶液中能夠相互影響彼