锰基氧化物/三维石墨烯电极材料的设计合成及电化学性能研究
发布时间：2021-11-16 03:04
超级电容器是一种电化学电容器,是一种新型的储能装置。它具有快速的充放电性能、良好的循环稳定性、高的功率密度、绿色环保无污染、工作温度范围广等特点。根据储能机制,超级电容器可以分为双电层电容器,法拉第电容器和非对称电容器。电极材料主要有金属氧化物、碳材料、导电聚合物以及复合材料。三维石墨烯具有有大的比表面积和多级的孔结构,是一种非常理想的超级电容器电极材料。锰的氧化物或氢氧化物价格便宜且具有很好的赝电容特性,但其较弱的电子导电性导致活性材料利用率不高。因此将三维石墨烯和锰的氧化物或氢氧化物复合,可以得到同时具有高的导电性和比电容的电极材料。本论文的主要研究工作如下:1.采用氨基化硅球为牺牲模板合成了三维石墨烯。为了提高电容性能,通过KMnO4与石墨烯的水热反应在三维石墨烯上沉积MnO2,即制备出MnO2/3D-G复合材料。通过XRD,CV和GCD表征分析,我们认为水热反应的时间为3 h,得到的MnO2/3D-G-3的性能更好。利用XRD、FESEM、XPS、GCD和CV等测试手段,分析了所制备MnO2/3D-G-3材料的特性。XRD、FESEM和XPS的结果证实纳米MnO2颗粒附着在三维...
【文章来源】：郑州轻工业大学河南省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同电化学能源器件的功率密度和能量密度的关系图
.2.1 双电层超级电容器（EDLCs）双电层超级电容器的储能原理是正负离子在固体电极与电解液之间的表面上分别吸附成两固体电极之间的电势差,从而实现能量的存储。其储能机制如下图 1-2 所示：充电时固体电极上电荷引力的作用下，电解液中阴阳离子分别聚集两个固体电极的表面，完量储存过程；放电时，阴阳离子离开固体电极的表面,返回电解液本体，完成能量释放。因此，双电层电容器在能量的储存与释放过程中，只进行了阴阳离子的扩散与电迁物理过程，没有进行任何电化学反应。EDLCs 比容量的计算公式为[7]：*0 rC S d（1-1）中：C 是质量比电容；*0 是真空介电常数；r 是双电层中电介质的介电常数；S 是电表面积；d 是双电层的有效厚度。根据公式（1-1），增加比表面积、减少双电层的厚度高 EDLCs 储能的有效手段[8]。因此，碳材料电极的表性质如表面积和孔尺寸分布等因素均对双层电容的大小都很大的影响。
郑州轻工业学院硕士学位论文存外，也进行了双电层储能反应，放电时这些离子又会重新回到电解液外电路被释放了出来。因此 PCs 的比电容值和能量密度都比 EDLCs 的大明，当工作电极的面积一定时，PCs 的比容量大约为 EDLCs 的 10~100 Cs 的功率密度比 EDLCs 的低，这是因为氧化还原反应与静电作用相比所外由于电极材料发生氧化还原反应，材料会出现溶胀、掉粉等情况，因一般比较差[12]。所以，欲想提高 PCs 的电化学性能，就需要电极材料在程中，有良好的可逆性和稳定性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Activated carbon derived from rice husk by NaOH activation and its application in supercapacitor[J]. Khu Le Van,Thu Thuy Luong Thi. Progress in Natural Science:Materials International. 2014(03)
[2]三维石墨烯材料制备方法的研究进展[J]. 石微微,晏菲,周国珺,叶志凯,奚凤娜. 化学通报. 2013(11)
[3]溶剂热法制备纳米MnOOH[J]. 陈琳,田俐,李帅,朱金良,吕数子. 化学研究. 2011(01)
[4]MnOOH纳米棒的低温水热合成[J]. 张元广,陈友存. 无机材料学报. 2006(05)
[5]纳米MnO2超级电容器的研究综述[J]. 苏凌浩,范少华,崔玉民. 河南科技大学学报(自然科学版). 2006(01)
博士论文
[1]基于氧化石墨烯纳米片柔性三维结构的制备及其在电化学电容器中的应用[D]. 龚成师.兰州大学 2014
[2]超级电容器用聚丙烯腈基活性碳纤维的直接活化制备及性能研究[D]. 高丽丽.吉林大学 2014
[3]氢氧化镍基能量储存与转换电极体系的探究[D]. 练慧勤.浙江大学 2011
硕士论文
[1]基于纳米结构的非对称超级电容器的研究[D]. 朱建校.上海师范大学 2014
[2]石墨烯/二氧化锰复合材料的制备及其在超级电容器上的应用[D]. 徐晓.北京化工大学 2013
[3]赝电容材料用作超级电容器电极材料的研究[D]. 邱照远.华侨大学 2013
[4]过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备及其超级电容性能研究[D]. 张伟丰.浙江大学 2013
[5]电沉积制备超级电容器电极材料MnO2及其性能研究[D]. 张巍.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3498040
【文章来源】：郑州轻工业大学河南省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同电化学能源器件的功率密度和能量密度的关系图
.2.1 双电层超级电容器（EDLCs）双电层超级电容器的储能原理是正负离子在固体电极与电解液之间的表面上分别吸附成两固体电极之间的电势差,从而实现能量的存储。其储能机制如下图 1-2 所示：充电时固体电极上电荷引力的作用下，电解液中阴阳离子分别聚集两个固体电极的表面，完量储存过程；放电时，阴阳离子离开固体电极的表面,返回电解液本体，完成能量释放。因此，双电层电容器在能量的储存与释放过程中，只进行了阴阳离子的扩散与电迁物理过程，没有进行任何电化学反应。EDLCs 比容量的计算公式为[7]：*0 rC S d（1-1）中：C 是质量比电容；*0 是真空介电常数；r 是双电层中电介质的介电常数；S 是电表面积；d 是双电层的有效厚度。根据公式（1-1），增加比表面积、减少双电层的厚度高 EDLCs 储能的有效手段[8]。因此，碳材料电极的表性质如表面积和孔尺寸分布等因素均对双层电容的大小都很大的影响。
郑州轻工业学院硕士学位论文存外，也进行了双电层储能反应，放电时这些离子又会重新回到电解液外电路被释放了出来。因此 PCs 的比电容值和能量密度都比 EDLCs 的大明，当工作电极的面积一定时，PCs 的比容量大约为 EDLCs 的 10~100 Cs 的功率密度比 EDLCs 的低，这是因为氧化还原反应与静电作用相比所外由于电极材料发生氧化还原反应，材料会出现溶胀、掉粉等情况，因一般比较差[12]。所以，欲想提高 PCs 的电化学性能，就需要电极材料在程中，有良好的可逆性和稳定性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Activated carbon derived from rice husk by NaOH activation and its application in supercapacitor[J]. Khu Le Van,Thu Thuy Luong Thi. Progress in Natural Science:Materials International. 2014(03)
[2]三维石墨烯材料制备方法的研究进展[J]. 石微微,晏菲,周国珺,叶志凯,奚凤娜. 化学通报. 2013(11)
[3]溶剂热法制备纳米MnOOH[J]. 陈琳,田俐,李帅,朱金良,吕数子. 化学研究. 2011(01)
[4]MnOOH纳米棒的低温水热合成[J]. 张元广,陈友存. 无机材料学报. 2006(05)
[5]纳米MnO2超级电容器的研究综述[J]. 苏凌浩,范少华,崔玉民. 河南科技大学学报(自然科学版). 2006(01)
博士论文
[1]基于氧化石墨烯纳米片柔性三维结构的制备及其在电化学电容器中的应用[D]. 龚成师.兰州大学 2014
[2]超级电容器用聚丙烯腈基活性碳纤维的直接活化制备及性能研究[D]. 高丽丽.吉林大学 2014
[3]氢氧化镍基能量储存与转换电极体系的探究[D]. 练慧勤.浙江大学 2011
硕士论文
[1]基于纳米结构的非对称超级电容器的研究[D]. 朱建校.上海师范大学 2014
[2]石墨烯/二氧化锰复合材料的制备及其在超级电容器上的应用[D]. 徐晓.北京化工大学 2013
[3]赝电容材料用作超级电容器电极材料的研究[D]. 邱照远.华侨大学 2013
[4]过渡金属氧化物/石墨烯复合材料的制备及其超级电容性能研究[D]. 张伟丰.浙江大学 2013
[5]电沉积制备超级电容器电极材料MnO2及其性能研究[D]. 张巍.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3498040
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