富含氧缺陷锰氧化物及其电化学性能的研究

发布时间：2020-05-21 07:55

【摘要】：随着全球经济的飞速发展,能源短缺等问题日益凸显。超级电容器,因其具有较高功率密度、良好倍率性能和超长循环寿命,受到人们的广泛关注。锰基氧化物因其较高的理论容量、低廉的成本以及环保无污染等优点,成为金属氧化物中非常有前景的电极材料。本文以MnO2作为研究对象,通过不同方式可控制备具有氧缺陷的多价态锰基氧化物,进一步提升其电学性能。得到以下结论:(1)探究了氧缺陷和石墨烯对MnO2电化学性能的影响。通过有效的空气热处理法制备了高性能超级电容器用rGO/MnOx复合电极材料,由于rGO和氧缺陷的存在,以及特殊的三维多孔结构,使其具有比电容大,循环稳定性好和倍率性能优异等诸多优点。在0.5Ag-1的电流密度下,比电容为274Fg-1;在1 Ag-1的电流密度下经过5000次循环后,容量保持率为98.8%;由rGO/MnOx//KB组成的不对称超级电容器表现出优异的循环稳定性,经过5000次循环后依旧能保留初始容量的89%。引入rGO可以显著提高MnO2的电化学活性,这可以归功于MnO2与rGO之间的协同作用。(2)探究了不同气氛对锰基氧化物(MnOx)材料电极性能的影响。所制备的MnOx-Ar锰基氧化物具有合适浓度的氧缺陷、良好导电性以及稳定三维多孔结构,表现出了最佳的电化学性能。在0.5 A g-1的电流密度下,比电容高达339 Fg-1;在1Ag-1的电流密度下经过5000次循环后,容量保持率为90%。由MnOx-Ar//KB组成的不对称超级电容器经过5000次循环后依旧能保留初始比电容的88%。氧缺陷的浓度对于锰基氧化物材料性能有重要影响,只有适中的氧缺陷浓度才能最大限度提高材料有效活性面积,降低材料电荷转移电阻,提高材料的容量性能。(3)探究了氢等离子体对锰基氧化物电化学性能的影响。经过氢等离子体还原处理过的材料,电化学性能明显提升,且等离子体设备输出功率越大,性能越好。MnOx-200W在0.5Ag-1的电流密度下,比电容可以达到300Fg-1;在1 Ag-1的电流密度下经过5000次连续循环后,容量保持率为90%。由MnOx-200W//KB组装的不对称超级电容器表现出十分优秀的电容性能,较前两章数据其能量密度得到了进一步提升,经过5000次循环后依旧能保持初始比电容的90%。
【图文】：

图１－２不同储能装置的能量密度和功率密度的关系逡逑Ｆｉｇ邋１－２邋Ｒａｇｏｎｅ邋ｐｌｏｔ邋（ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｖｓ．邋ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋ｐｏｗｅｒ）邋ｆｏｒ邋ｖａｒｉｏｕｓ邋ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｅｎｅｒｇｙ逡逑ｓｔｏｒａｅ邋ｄｅｖｉｃｅｓ＊１６１．逡逑

图１－３不同超级电容器储能机理示意图逡逑－
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM53;TQ137.12

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本文编号：2673952