锰、钴氧化物基复合电极材料的制备及其超级电容器性能研究
发布时间：2021-07-22 16:17
随着能源以及环境问题的加剧,环境友好且高性能的储能设备引起了广泛的关注。超级电容器凭借其高功率密度,长寿命,操作安全和快速充放电等特点成为最具潜力的电化学能量储存设备之一。但是它存在工作电压低,能量密度相对较小等问题。提高超级电容器性能的重要方法之一就是制备高性能的电极材料。单一材料存在很多不足,本文中我们把具有优异导电性的材料（碳材料,导电高分子材料等）与金属氧化物进行复合,制备了具有良好性能的赝电容复合电极材料,具体内容如下:1.通过两步法制备了聚批咯（PPy）/MnO2/Ni foam 一体化超级电容器电极材料。MnO2纳米片阵列（Nanosheets Arrays,NSAs）经水热法制备,有序生长于三维泡沫镍（Ni foam）基底上,而原位聚合法制备的PPy均匀且牢固地包覆在Mn02纳米片阵列上。该电极在1mAcm-2时测得的比电容为282 mFcm-2,恒电流充放电（GCD）6000次比电容可以维持最初值的95%。由该复合电极材料组装的纽扣式对称器件（SSC）具有优良的循环稳定性（循环6000次后电容保持率为90%）,并能成功点亮LED灯泡。该电极材料的优异性能主要归因于:其...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２双电层电容器工作原理图［１９］??
?｜?＋１．＿?，編?｜??图１．２双电层电容器工作原理图［１９］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ＥＤＬＣｓ??１．３．２赝电容电容器??赝电容电容器（Ｃｏｎｗａｙ第一次提出）电极材料主要包括过渡态金属氧／氢氧化物、??导电高分子，金属Ｓ化物、金属Ｎ化物等。赝电容器的储能机理是：在电极材料表面以??及体相中发生快速、可逆的电化学反应，如图１．３所示。??对于赝电容器，充电时电极材料不但会有电荷聚集与分离，而且还在它的表面和体??相中发生快速、可逆的氧化还原反应。在反应的过程中，电荷就被存储到电极中。这一??原理与电池类似｜２４〗。在赝电容器电极会产生如下电化学反应：（１）可逆的吸附反应；??（２）可逆的氧化还原反应；（３）可逆的掺杂、去掺杂反应（ｐ型或是ｎ型）。??赝电容器的电容包括了双电层电容和赝电容。电极材料的电活性反应会同时在表面??和体相中发生，这样可以增加比容量和能量密度。通常来说，赝电容电容器的比容量可??以达到双电层电容器的１〇￣１〇〇倍｜２５１，但是，与双电层电容器相比其倍率性能和循环性??能较差。??５??
比其具有很好的环境友好性和作为隔离片的能力。Ｌｉ等［５６］通过控制ＧＥ的氧化程度制备??了?Ｍｎ０２／Ｇ０复合材料，探宄表明此实验中ＧＥ的最佳氧化时间为８?ｈ。??由以上分析可知，不同的碳材料有各自的优点，同时又存在很多不足。图１．４对ＡＣ，??ＣＮＴ和ｒＧＯ作为双电层超级电容器电极材料的优缺点进行了解释１５１ＬａＣ的非均匀孔径??分布限制了电解质离子的运输：很大部分的ＡＣ没在储能的过程中发挥作用，导致比电??容较小（图１．４ａ）。虽然ＣＮＴ比ＡＣ和ＧＥ具有更好的导电性，他们往往容易堆叠成束，??只有堆叠在外部的可用于离子吸附（图１．４ｂ），这又导致差的电化学性能。ＧＥ以及其??衍生物具有比表面积大、电导率好、机械强度高等优势［３ｈ４５］。然而，范德瓦尔斯力（ｖａｎ??ｄｅｒＷａａｌｓｆｏｒｃｅ）的存在使ＧＥ片层有团聚的趋势，减小－Ｔ比表面积，而这又限制了尚子??扩散并且减小了材料的比电容。??ａ：龜：??（Ｃ）??－ｎ??图１．４活性碳（ａ），碳纳米管（ｂ）和石墨烯（ｃ）作为电极材料的优缺点示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｔｈｅ?ａｄｖａｎｔａｇｅｓ?ａｎｄ?ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ：?（ａ）?ＡＣ，?（ｂ）?ＣＮＴ?ａｎｄ?（ｃ）?ｇｒａｐｈｅｎｅ??１．４．２导电髙分子材料??导电高分子材料因其独有的特点被认为是很优异的赝电容电极材料。常见的导电高??分子材料有聚苯胺（ＰＡＮ１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]超级电容器的现状及发展趋势[J]. 余丽丽,朱俊杰,赵景泰. 自然杂志. 2015(03)
[2]超级电容器综述[J]. 刘小军,卢永周. 西安文理学院学报(自然科学版). 2011(02)
博士论文
[1]碳材料结构与官能化调控及其应用于锂硫电地和超级电容器的研究[D]. 李伟.东北师范大学 2015
[2]基于超级电容器用的四氧化三钴的形貌可控制备及性能研究[D]. 李艳华.中南大学 2011
本文编号：3297477
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２双电层电容器工作原理图［１９］??
?｜?＋１．＿?，編?｜??图１．２双电层电容器工作原理图［１９］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ＥＤＬＣｓ??１．３．２赝电容电容器??赝电容电容器（Ｃｏｎｗａｙ第一次提出）电极材料主要包括过渡态金属氧／氢氧化物、??导电高分子，金属Ｓ化物、金属Ｎ化物等。赝电容器的储能机理是：在电极材料表面以??及体相中发生快速、可逆的电化学反应，如图１．３所示。??对于赝电容器，充电时电极材料不但会有电荷聚集与分离，而且还在它的表面和体??相中发生快速、可逆的氧化还原反应。在反应的过程中，电荷就被存储到电极中。这一??原理与电池类似｜２４〗。在赝电容器电极会产生如下电化学反应：（１）可逆的吸附反应；??（２）可逆的氧化还原反应；（３）可逆的掺杂、去掺杂反应（ｐ型或是ｎ型）。??赝电容器的电容包括了双电层电容和赝电容。电极材料的电活性反应会同时在表面??和体相中发生，这样可以增加比容量和能量密度。通常来说，赝电容电容器的比容量可??以达到双电层电容器的１〇￣１〇〇倍｜２５１，但是，与双电层电容器相比其倍率性能和循环性??能较差。??５??
比其具有很好的环境友好性和作为隔离片的能力。Ｌｉ等［５６］通过控制ＧＥ的氧化程度制备??了?Ｍｎ０２／Ｇ０复合材料，探宄表明此实验中ＧＥ的最佳氧化时间为８?ｈ。??由以上分析可知，不同的碳材料有各自的优点，同时又存在很多不足。图１．４对ＡＣ，??ＣＮＴ和ｒＧＯ作为双电层超级电容器电极材料的优缺点进行了解释１５１ＬａＣ的非均匀孔径??分布限制了电解质离子的运输：很大部分的ＡＣ没在储能的过程中发挥作用，导致比电??容较小（图１．４ａ）。虽然ＣＮＴ比ＡＣ和ＧＥ具有更好的导电性，他们往往容易堆叠成束，??只有堆叠在外部的可用于离子吸附（图１．４ｂ），这又导致差的电化学性能。ＧＥ以及其??衍生物具有比表面积大、电导率好、机械强度高等优势［３ｈ４５］。然而，范德瓦尔斯力（ｖａｎ??ｄｅｒＷａａｌｓｆｏｒｃｅ）的存在使ＧＥ片层有团聚的趋势，减小－Ｔ比表面积，而这又限制了尚子??扩散并且减小了材料的比电容。??ａ：龜：??（Ｃ）??－ｎ??图１．４活性碳（ａ），碳纳米管（ｂ）和石墨烯（ｃ）作为电极材料的优缺点示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｔｈｅ?ａｄｖａｎｔａｇｅｓ?ａｎｄ?ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ：?（ａ）?ＡＣ，?（ｂ）?ＣＮＴ?ａｎｄ?（ｃ）?ｇｒａｐｈｅｎｅ??１．４．２导电髙分子材料??导电高分子材料因其独有的特点被认为是很优异的赝电容电极材料。常见的导电高??分子材料有聚苯胺（ＰＡＮ１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]超级电容器的现状及发展趋势[J]. 余丽丽,朱俊杰,赵景泰. 自然杂志. 2015(03)
[2]超级电容器综述[J]. 刘小军,卢永周. 西安文理学院学报(自然科学版). 2011(02)
博士论文
[1]碳材料结构与官能化调控及其应用于锂硫电地和超级电容器的研究[D]. 李伟.东北师范大学 2015
[2]基于超级电容器用的四氧化三钴的形貌可控制备及性能研究[D]. 李艳华.中南大学 2011
本文编号：3297477
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