超级电容器用VO_x@C核壳纳米棒复合电极材料的制备及性能

发布时间：2020-05-08 02:59

【摘要】：作为一种新型储能装置,超级电容器具有寿命长,充放电快速以及大的功率密度等优势。作为一种重要的过渡金属氧化物,钒氧化合物因其独特的层状结构和大的可变价范围(+5 to+2),因此作为超级电容器的电极材料,它具有高的能量密度和理论上的有效离子扩散速率。但是它低的实际离子扩散率(10~-1313 to 10~-1212 cm~2 s~(-1))和导电能力限制了它作为超级电容器电极材料的发展。本文针对钒氧化物这些缺点,着重从材料纳米化,与碳材料复合等方面对纯钒氧化物进行改性研究,探讨了材料的物理性能和电化学性能,具体内容如下:1.本文采用凝胶-水热法制备了V_6O_(13)@C核壳纳米棒复合材料,接着以此为前驱体,经过退火处理成功制备了的VO_x@C核壳纳米棒复合材料。研究了两种复合材料的形貌;测定了其比表面积及孔洞分布情况;探究了材料中碳包含的有机基团类型;确定了两种复合材料电极在三电极体系下的电化学性能以及退火温度和初始五氧化二钒质量对V_6O_(13)@C和VO_x@C的电化学性能的影响。物理结构表征结果表明,两种复合材料属于介孔材料,VO_x@C复合材料的比表面积很大,比表面积在131~282 m~2·g~(-1);包覆在钒氧化物表面的碳是有机碳,且其包括-OH,C-H,C=O和C=C等有机基团。电化学测定表明,初始五氧化二钒原料的质量为0.8 g,煅烧温度为700℃制备的样品电化学性能最佳,最佳条件制备的样品为S-0.8-700,该样品在0.5 A·g~(-1)的电流密度下的比电容高达548 F·g~(-1);且此样品有优异的倍率性能和循环稳定性,当电流密度为5 A·g~(-1)时,样品的比电容保持率高达83.3%,经过1000次循环后样品的比电容保持率高达88.3%。2.本研究以样品S-0.8-700为正负极,1 mol·L~-11 Na_2SO_4溶液为电解液,组装对称型超级电容器。循环伏安结果表明对称性超级电容器的最佳电位窗口和扫描速率分别为0-0.85 V和10 mV·s~(-1)。恒电流充放电结果显示,首先对称型超级电容器有大的比电容和良好的充放电可逆性(在电流密度为0.2 A·g~(-1),充放电比电容分别为119 F·g~(-1)和109F·g~(-1),充放电效率达91.6%);其次它有具有良好的倍率性能和循环寿命。其在5 A·g~(-1)的比电容相当于0.2 A·g~(-1)时比电容的81.1%。其首次循环的比电容为108.7 F·g~(-1),1000次充放电后放电比电容为91.9 F·g~(-1),1000次循环后比电容保持率为84.3%。最后它有良好的能量关系。当功率密度为2136 W·Kg~(-1)时,能量密度高达8.9 Wh·Kg~(-1),这与最高能量密度相比,仅仅下降了2 Wh·Kg~(-1),衰减率不足18.4%。
【图文】：

双电层电容器,工作原理,电容原理,法拉第

图 1-1 双电层电容器工作原理。Fig. 1-1 Schematic diagram of an EDLC.图 1-2 法拉第电容原理。Fig. 1-2 Principle of Faraday's capacitance.

超级电容器,工作原理

图 1-3 超级电容器的工作原理Fig.1-3 The operating principle of supercapacitor（2）炭黑Sukeun[53]等使用超声和微波辅助的方法合成了 CoO/石墨烯纳米复合材料。电化学试表明 CoO/石墨烯纳米复合材料具有优异的电容特性与循环性能。Kim[54]等利用经过处理的炭黑(A-CBs)和强氧化的多壁碳纳米管(O-MWNTs)为原料，采用化学还原法成制备了 MWNTs CBs 复合材料。电化学测试表明，材料的电化学性能与 CB 的含量成比。（3）炭纤维相较于活性炭材料，活性炭纤维有其独特优势。它具有连接紧密的孔径不一的孔道
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TM53

【参考文献】