超級(jí)電容器電極材料的制備與研究.pdf

1、超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能器件，具有能量密度和功率密度高、比容量大等特點(diǎn)。它在電動(dòng)汽車(chē)、移動(dòng)通訊和國(guó)防等領(lǐng)域有巨大的市場(chǎng)前景，因此受到國(guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注。在影響超級(jí)電容器性能的所有因素中，電極材料的性能起著決定性的作用。因此，本論文選定二氧化錳、碳納米管、氧化鎳作為超級(jí)電容器的電極材料，旨在制備和研究具有良好電容特性的超級(jí)電容器電極材料。論文的主要研究?jī)?nèi)容有： (1)利用化學(xué)沉淀法制備MnO2粉末材料并研究其電化學(xué)行為。采用循

2、環(huán)伏安法對(duì)MnO2電極材料進(jìn)行測(cè)試，在1mol/L Na2SO4電解液、-0.2~+0.8V掃描電位內(nèi)，不同掃描速率下電極均表現(xiàn)出理想的電容特性，當(dāng)掃描速率等于1mV/s時(shí)得到最大比容量253.5F/g。研究了40℃和150℃熱處理溫度的MnO2材料在100mA/g充放電流密度下的恒流充放電特性，結(jié)果比容量接近，但是150℃熱處理得到的Mn02材料具有更好的循環(huán)充放電性能。 (2)研究碳納米管(carbon nanotubes,

3、CNTs)電極材料的循環(huán)伏安特性和恒流充放電性能。碳納米管具有理想的雙電層電容特性，但是未處理過(guò)的碳納米管材料比容量偏小。在lmol/L Na2SO4溶液、-0.2+0.8V掃描電位內(nèi)，以lmV/s的掃描速率進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，結(jié)果得到最大比容量為27.3F/g。 (3)采用濃硝酸對(duì)碳納米管進(jìn)行回流處理并研究其電化學(xué)行為。對(duì)回流處理碳納米管材料進(jìn)行SEM和TEM表征，發(fā)現(xiàn)碳納米管原本封閉的端口被打開(kāi)，催化劑已經(jīng)被去除。在50mA/

4、g電流密度下，回流時(shí)間越長(zhǎng)的碳納米管材料比容量越高，80h回流得到的電極比容量最大，達(dá)到38/3F/g，比回流之前的8/3F/g要高。 (4)采用不同的催化劑在泡沫鎳導(dǎo)電基體上生長(zhǎng)碳納米管作為超級(jí)電容器電極并研究其電容特性。經(jīng)SEM和TEM測(cè)試，制備的材料是長(zhǎng)5um、直徑100nm左右的定向碳納米管(alligned carbon nanotubes,ACNTS)。這種定向碳納米管電極具有很高的比容量。在1mol/L Na2SO

5、4電解液、-0.2~+0.8V電位范圍內(nèi)，0.1M Ni催化劑制備的電極材料在掃描速率等于1mV/s時(shí)最高比容量達(dá)到278.2F/g。 (5)研究二氧化錳/CNTs復(fù)合電極材料的電容特性。結(jié)果表明，復(fù)合電極具有二氧化錳的高比容量特性，同時(shí)也具有碳納米管的良好循環(huán)充放電性能。 (6)研究氧化鎳電極材料的電容特性。將制備的Ni(OH)2粉末進(jìn)行熱處理得到NiO材料。比較不同工藝條件制備的Ni0材料，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溶液pH值等于11