二氧化錳超級電容器電極材料的制備與性能研究.pdf

1、超級電容器是一種介于二次電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲能裝置，與普通電池相比它具有更大的比功率和更長的循環(huán)使用壽命，與傳統(tǒng)電容器相比它具有更大的比能量。它能滿足如電動汽車啟動、加速等高功率輸出的需要，也能用于電路元件、小型電器和直流開關(guān)電源等，具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來已成為研究的熱點。 該文以廉價二氧化錳作為超級電容器的電極材料，系統(tǒng)研究了不同制備方法及不同晶體結(jié)構(gòu)的二氧化錳的電容性能。采用多種現(xiàn)代物理測試手段和電化學(xué)研究方法研

2、究了材料制備、電容特性、影響因素、及電解質(zhì)溶液的選取等問題。主要內(nèi)容如下： (1)采用溶膠-凝膠法制備出二氧化錳電極材料，研究了反應(yīng)條件對產(chǎn)物的影響，得出：當(dāng)前軀體檸檬酸與醋酸錳的配比為0.4:1、pH=6、煅燒時間為10h時，產(chǎn)物含量最高，經(jīng)X射線衍射分析產(chǎn)物為α-MnO2和γ-MnO2組成的混合晶相。通過掃描電鏡(SEM)分析表明產(chǎn)物呈球形，平均粒徑約為200nm。此種方法制備的二氧化錳具有良好的電容特性。利用循環(huán)伏安和恒流

3、充放電等手段，詳細考察了二氧化錳電極在幾種中性電解液中的電容性能，結(jié)果表明：以NaCl溶液作為電解質(zhì)，二氧化錳電極可獲得良好的電容特性且電容量最大，可以達到118.6F/g；以K2SO4溶液為電解液比容量最小，只有20.4 F/g。并且研究了二氧化錳在不同濃度的KOH溶液中的電容性能，實驗結(jié)果表明：在7mol/L KOH溶液中，能夠表現(xiàn)出良好的超級電容特性，其比容量最大可以達到121.2F/g。 (2)采用液相氧化-還原法制備了

4、層狀二氧化錳電極材料，實驗考察了反應(yīng)溫度、堿用量等條件對產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)的影響。經(jīng)XRD分析在溫度為25±3℃，n(OH-):n(Mn2+) 6 ≧時制備的產(chǎn)物為層狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)熱重分析表明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在7mol/LKOH溶液中進行循環(huán)伏安測試，電壓范圍為-200~600mV時電容性能表現(xiàn)最好，當(dāng)掃描速度為5mV/s時電容量可以達到286F/g。實驗還研究了掃描速度對電極比容量的影響，結(jié)果表明增加掃速時比容量減少。經(jīng)150 次循環(huán)后電容量開始下

5、降，但達到200 次時電容量仍保持在200F/g以上，說明材料循環(huán)性能較好。 (3)以溶膠-凝膠法制備的二氧化錳為基礎(chǔ)，通過改性處理，得到了添加鋁氧化物的二氧化錳復(fù)合材料。經(jīng)XRD 測試表明添加鋁氧化物后的二氧化錳晶型并沒有改變，只是在峰強度上有所變化。它們的循環(huán)伏安測試表明摻雜可以改進二氧化錳的電容特性，提高電容器的電化學(xué)性能。且當(dāng)添加劑的添加量為1％時，復(fù)合材料的比容量最高。計算得出電容量由原來的121.2 F/g 提高到1