镍、锰氧化物纳米材料超级电容性能的研究

发布时间：2020-03-31 09:54

【摘要】：近年来,储能和可再生能源转换装置得到了迅速的发展。其中,超级电容器具有高功率密度、高能量密度、充电时间短、寿命长、循环性能好等特点。而镍、锰氧化物因其理论比电容值高、储量丰富,环境友好等优点受到人们的关注。本文成功制备了纳米结构的NiO-Ni/ANWs(银纳米线)/FTO以及MnO_2/CF(碳纤维)电极材料,并利用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等测试手段对所制备电极材料的电化学性能进行系统的研究,将制备的MnO_2/CF复合电极组装成为柔性器件,并对其电化学性能进行了探索。主要研究内容与结果如下:1.以ANWs作为导电集流体,通过简单的电化学沉积和高温退火工艺制备了可以应用在微型超级电容器的3D NiO-Ni/ANWs/FTO电极材料。以2 M KOH作为电解液,在最佳的退火条件下,复合电极在电流密度为2.5 A g~(-1)下表现出优异的比电容,高达2476.8 F g~(-1)。通过快速退火工艺对3D ANWs网络进行焊接处理延长了电极的使用寿命和循环稳定性,20000次循环后电容保持率达到~100%。同时,NiO-Ni/ANWs复合材料在可见光和近红外区域的平均透过率高达82%,使得其在全透明电子器件方面具有广泛的应用。FTO衬底具有完美的兼容性,也可以轻易地被任何形状或形式的p/n-Si,金属,半导体以及任何其他导电衬底所取代。2.利用恒流充放电法制备一种具有自修复性能的柔性MnO_2/CF电极材料,展现了优异的电化学性能,比电容在电流密度为3.5 A g~(-1)时,能够达到为1778.6 F g~(-1)高于MnO_2的理论比电容。在循环稳定性测试中,电极材料循环至12000维持电容量100%,20000降至81%,随后在电解液中加入少量Mn~(2+),电容量回升并趋于稳定,展现了其优异的自修复性能,特别适合应用于免维修和长寿命的微型超级电容器领域。3.基于MnO_2/CF复合电极材料所展现的优异的电化学性能,将这种材料制备成柔性对称型MnO_2/CF超级电容器器件。对称型器件的循环伏安曲线是一种对称的结构,展现了其较好的可逆性且当扫描速率为5 mV s~(-1)时,其比电容值为64 F g~(-1)。我们又以湿纸巾做负极柔性基底,活性炭做活性物质制备负极材料,并组装成柔性非对称超级电容,在扫速为1 mV s~(-1)时的比电容值为13.4 F g~(-1),初步探索了器件的电化学性能。
【图文】：

化石燃料消耗量日益增长、价格飞涨，关于能量储存问题引起展环境友好型能源发电和存储技术是十分重要的，特别是储能超级电容器电池。与电池相比，电化学超级电容器（ES）能够提度，但是能量密度较低。在储能系统中，超级电容器有近年来引为快速充电-放电特性，，高功率密度，以及优异的循环稳定性。超级电容器与电池相连提供额外的功率。在这些装置中，因为超不如电池，所以它们并不能作为独立的个体使用。例如，商业上的能量密度小于 10 Wh Kg-1而锂离子电池可提供能量密度大于展示了电化学电容器、镍氢储能电池、锂离子电池等几种较为常率密度的关系图[2]。

图 1.2 双电层电容器的工作原理[7]1.2.2 赝电容电容器1975 年，B. E. Conway 提出

本文编号：2608919