超級(jí)電容器用碳微球及其復(fù)合材料的制備和性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器,是化學(xué)電源家族中出現(xiàn)較晚的一位成員,它結(jié)合了傳統(tǒng)靜電容器的高功率和二次電池高能量的優(yōu)點(diǎn),具有比傳統(tǒng)電容器更高的比電容,比二次電池更高的比功率。研究表明,高性能的超級(jí)電容器取決于高性能的電極材料,電極材料成為目前的研究熱點(diǎn)。本文以葡萄糖為原料,通過(guò)水熱處理、常溫常壓干燥及高溫炭化等過(guò)程制備了碳微球(CMB),并將碳微球在濃HNO3中活化處理得到活性碳微球(ACMB)。在此基礎(chǔ)上,制備了Mn3O4/ACMB、MnO2/ACMB復(fù)

2、合材料,以及不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器,并研究了其物理和電化學(xué)性能。
　　以葡萄糖為原料,采用水熱法制備了CMB。為了改善CMB的表面結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能,采用濃HNO3進(jìn)行活化處理,得到ACMB。利用紅外光譜(IR)、掃描電鏡(SEM)等對(duì)材料進(jìn)行了物理性能表征。結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)濃HNO3活化處理后,CMB表面的含氧官能團(tuán)增加,電容特性得到明顯改善。在1mV s-1下,ACMB的比電容高達(dá)291.9F g-1。組裝成電容器,其比電容高達(dá)75F

3、g-1,且循環(huán)5000次后比電容幾乎沒(méi)有衰減。
　　鑒于ACMB有高的雙電層電容,金屬氧化物有高的法拉第贗電容。采用化學(xué)沉淀法制備了不同Mn3O4含量的Mn3O4/ACMB復(fù)合電極材料。用SEM考察了復(fù)合材料的形貌,發(fā)現(xiàn)納米級(jí)的Mn3O4隨機(jī)地包覆在ACMB的表面。電化學(xué)測(cè)試表明,Mn3O4/ACMB復(fù)合材料比ACMB具有更好的電化學(xué)性能。當(dāng)Mn3O4的含量為40％時(shí),循環(huán)伏安結(jié)果顯示復(fù)合材料的比電容高達(dá)409.8F g-1。且M

4、n3O4/ACMB電容器的比電容在循環(huán)初期有一定的衰減,200次循環(huán)后比電容趨于穩(wěn)定。
　　通過(guò)原位包覆的方法制備了MnO2/ACMB復(fù)合電極材料。SEM顯示ACMB的表面包覆了大量MnO2納米纖維,呈現(xiàn)出蒲公英狀的形貌。利用循環(huán)伏安、恒流充放電和循環(huán)壽命等測(cè)試研究了MnO2/ACMB復(fù)合電極的電化學(xué)性能,結(jié)果表明,MnO2/ACMB復(fù)合材料的比電容可達(dá)375.9F g-1。MnO2/ACMB電容器具有良好的循環(huán)性能,循環(huán)1000

5、次,其容量保持率為93%。
　　為了獲得更高的能量密度和功率密度,以海膽狀MnO2納米纖維作為正極活性物質(zhì),以ACMB為負(fù)極活性物質(zhì),制備了不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器。研究表明,不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器在0-1.6V電壓范圍內(nèi)顯示出良好的電化學(xué)電容行為。在0.5A g-1電流密度下,不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器比電容可達(dá)85F g-1,100次充放電循環(huán)后比電容仍保持在95%。當(dāng)功率密度為180W kg-1時(shí),能量密度為43.2Wh kg-1;而當(dāng)功率密度達(dá)2