基于TiO2納米管陣列電極的超級(jí)電容器研究.pdf

1、近年來(lái)，超級(jí)電容器由于在脈沖電源技術(shù)，純電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)等方面的廣泛應(yīng)用，引發(fā)了研究熱潮。一維Ti02納米管具有優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，良好的電子傳輸路徑，較大的比表面積和寬廣的電勢(shì)窗口，是前景誘人的超級(jí)電容器電極材料。但由于TiO2禁帶較寬，導(dǎo)電性較差，限制了其在超級(jí)電容器領(lǐng)域中的應(yīng)用。本文采用陽(yáng)極氧化法制備TiO2納米管陣列電極(anodic titanium oxide，ATO)，著力于對(duì)ATO納米管陣列電極的改性研究，提高其導(dǎo)

2、電性，增強(qiáng)電化學(xué)性能。
　　首先，研究陽(yáng)極氧化法制備ATO納米管陣列的工藝，確定陽(yáng)極氧化法制備ATO納米管陣列電極的條件，并研究所制備的ATO電極的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ATO納米管陣列電極在正電位端的電流響應(yīng)較差，在以0.05mA/cm2充放電時(shí)，電極比電容只為0.97mF/cm2。
　　其次，研究等離子體摻雜對(duì)ATO納米管形貌和電化學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明，摻雜后的ATO納米管陣列(ATO-H)的顏色由原來(lái)的白色變?yōu)榛揖G色，

3、表面被刻蝕成粗糙結(jié)構(gòu)，比表面積增大，同時(shí)，引入了Ti3+和-OH鍵，導(dǎo)致電導(dǎo)率增加。ATO-H電極的電化學(xué)性能明顯增強(qiáng)，當(dāng)以0.05mA/cm2充放電時(shí)，電極的比電容提高到7.22mF/cm2，是未摻雜的7倍左右;當(dāng)電流密度提高為2.0mA/cm2時(shí)，電極的比電容仍達(dá)6.37mF/cm2:當(dāng)采用較大的掃速1.2V/s時(shí)，CV曲線(xiàn)仍保持良好的矩形度;充放電循環(huán)10000圈測(cè)試，電極比電容仍未顯示衰減。
　　最后，探尋一種簡(jiǎn)單、快速且

4、高效的ATO納米管陣列改性方法，即電化學(xué)摻雜法。電化學(xué)摻雜并未對(duì)ATO納米管形貌結(jié)構(gòu)有明顯影響，但摻雜后的ATO納米管（ATO-H-2）顏色也呈現(xiàn)灰綠色。此外，探究了電化學(xué)摻雜對(duì)電極電化學(xué)性能的影響因素，結(jié)果表明:電化學(xué)摻雜的電壓，電極間距，摻雜時(shí)間都對(duì)ATO-H-2電極的電化學(xué)性能有較大的影響。當(dāng)摻雜電壓為5V，電極間距2.5cm，摻雜時(shí)間30s時(shí)，摻雜電極的電化學(xué)性能最優(yōu)。當(dāng)以0.05mA/cm2充放電時(shí)，電極的比電容高達(dá)20.08