电解液对锰基电极材料电化学性能的影响

发布时间：2020-08-08 15:50

【摘要】：众所周知,超级电容器的基本结构主要由电极、电解液、隔膜、集流体和外壳组成。其中,除了电极和隔膜等之外,电解液则是超级电容器基本结构装置中的另一个重要组成部分,其性能优劣直接影响超级电容器的电化学特性。因此,本文以泡沫镍为集流体,以MnO_2电化学活性物质为实验载体,以水溶性电解液为研究对象,采用机械冷压方法在8 Mpa静压力下制备了锰基超级电容器电极材料,再使用电化学工作站重点分析研究Na_2SO_4和KOH两种电解液对含MnO_2电极材料电化学性能的影响。首先,在1 M Na_2SO_4中性电解液中,测试了锰基粉末电极材料的电化学性能,分析研究了锰基电极材料在Na_2SO_4电解液中的储能机制和性能指标。实验发现:在1 M Na_2SO_4电解液中,锰基电极材料展现了双电层电容特性和连续赝恒速率氧化还原反应特性共存的储能机制;电极材料的赝电容交流阻抗具有频率响应特性;在恒电流密度为2.5 mA/cm~2时,电极材料的比电容为121.08 F·g~(-1),能量密度为7.61Wh·kg~(-1),功率密度为0.063 kW·kg~(-1)。其次,在1 M KOH碱性电解液中,也测试了锰基粉末电极材料的电化学性能,研究了锰基电极材料在KOH电解液中的储能机制,计算了其性能指标。实验发现:在1 M KOH电解液中,锰基电极材料主要展现连续赝恒速率氧化还原反应储能机制,也附带双电层电容特性;赝电容交流阻抗也具有特定的频率响应特性;在恒电流密度为2.5 mA/cm~2时,电极材料的比电容为96.35 F·g~(-1),能量密度为7.94Wh·kg~(-1),功率密度为0.066 kW·kg~(-1)。再次,以循环伏安特性、充放电特性和交流阻抗等电化学测试结果为基础,比较了锰基电极材料在1 M Na_2SO_4或KOH两种电解液中的电化学性能差异。实验发现:在1 M KOH电解液中,锰基电极材料的比电容在不同扫描速率下要明显高于相应Na_2SO_4电解液中的比电容;在2.5 mA/cm~2电流密度下,1 M KOH电解液中的比功率和比能量要略高于在1 M Na_2SO_4电解液中的相应参量,而在1 M Na_2SO_4电解液中的比电容则略高于相应KOH电解液中的比电容;锰基电极材料在1 M Na_2SO_4或KOH两种电解液中的赝电容交流阻抗均是具有频率响应特性的。高频区内,赝电容交流阻抗近似于溶液电阻R_S;低频区,Na_2SO_4电解液中的低频赝电容阻抗略小于KOH电解液中的相应阻抗。
【学位授予单位】：牡丹江师范学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM53

【参考文献】

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1 陈英放;李媛媛;邓梅根;;超级电容器的原理及应用[J];电子元件与材料;2008年04期

2 关荐伊,李桂芬;MnO纳米微粒的制备和表征[J];硅酸盐通报;2002年03期

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本文编号：2785773