基于SnO2微納結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器電極材料的制備及其性能研究.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，以及環(huán)境污染、化石燃料枯竭等問題日益嚴(yán)峻，可再生清潔能源及其相關(guān)的高效能源轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)技術(shù)的研發(fā)迫在眉睫。作為一種新型綠色無污染儲(chǔ)能裝置，超級(jí)電容器憑借其較高的能量和功率密度，以及超長的循環(huán)壽命引起了眾多研究者的關(guān)注，逐漸成為下一代極具潛力的新型儲(chǔ)能裝置，并且在電子技術(shù)、電動(dòng)汽車、移動(dòng)信息、航空航天以及國防科技等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)電荷儲(chǔ)存機(jī)理,超級(jí)電容器可以分為兩類，一類使用碳基電極材料的雙電層超級(jí)電

2、容器，另外一類是使用具有氧化還原反應(yīng)的電極材料的贗電容超級(jí)電容器。目前針對贗電容超級(jí)電容器電極材料的研究思路主要是研發(fā)具有商用價(jià)值的過渡金屬氧化物。其中，二氧化錫材料由于其具有豐富的儲(chǔ)量、較低的成本、良好的電容量以及對環(huán)境友好等特點(diǎn)，成為超級(jí)電容器電極材料的主要候選之一。但其半導(dǎo)體特征使其在用作電極時(shí)產(chǎn)生了導(dǎo)電性差的問題。然而，納米復(fù)合材料各個(gè)組裝基元之間所形成的協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料產(chǎn)生原有基元材料所不具有的新穎性能。這種協(xié)同效應(yīng)能夠彌

3、補(bǔ)單個(gè)組分的缺點(diǎn)，甚至能夠產(chǎn)生原組分所不具備的優(yōu)異特性，因此，超級(jí)電容器復(fù)合電極材料也成為當(dāng)下研究的焦點(diǎn)之一。因此,本研究選用電容量大的二氧化錫和導(dǎo)電性好的碳纖維作為組裝基本單元，向二氧化錫中引入鈷、鎳、錳的金屬氧化物，利用組裝單元各組分之間的協(xié)同效應(yīng)，使得合成的復(fù)合材料在用作電極時(shí)具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基元材料的電容量以及更加優(yōu)異的導(dǎo)電性能。論文的主要內(nèi)容概括如下:
　　(1)以氯化亞錫和檸檬酸鈉作為基本反應(yīng)物，在乙醇和水的混合溶液中通過

4、溶劑熱法制備出由超薄的納米片組裝而成的二氧化錫微米花，并且研究了反應(yīng)時(shí)間，前驅(qū)物濃度的變化對微米花的結(jié)構(gòu)以及尺寸大小的影響。隨后測試了二氧化錫微米花的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明:在1mol/L Na2SO4溶液中,放電電流為1A g-1時(shí),比電容為203.1F g-1，放電電流為5A g-1時(shí)，比電容為85.7F g-1。在充放電循環(huán)2000圈后，其比電容減少了約19％。上述結(jié)果表明，二氧化錫微米花電極材料能夠降低離子的運(yùn)輸阻力，從而提高

5、超級(jí)電容器循環(huán)性能。
　　(2)通過溶劑熱法合成了以碳纖維為基底的二氧化錫納米片陣列，并將其直接用作三電極超級(jí)電容器體系中的電極，避免了利用炭黑和粘結(jié)劑等制備電極的繁瑣流程，并測試了其電化學(xué)性能。結(jié)果表明二氧化錫納米陣列電極具有優(yōu)越的電化學(xué)性能，在充放電電流密度為1mA cm-2時(shí)，其比容量可以達(dá)到391.3mF cm-2；經(jīng)過2000圈循環(huán)充放電測試，比容量損失約9%。
　　(3)以二氧化錫納米片陣列作為骨架，通過水熱法和