锰基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究
发布时间：2020-12-23 09:41
超级电容器具有快速的充放电速率、功率密度高并且安全可靠等优势,使其成为越来越受关注的一种有良好发展前景的新型储能器件。在众多的赝电容材料中,锰基氧化物和硫化物均有高的理论比容量、制备过程简单、储量丰富和成本低等优点,使其成为了超级电容器的重要电极材料。然而,锰基氧化物低的导电性使得实际容量较低;相对锰基氧化物,锰基硫化物具有较好的导电性,但其循环稳定性比较差,这些缺点限制了它们的广泛应用。基于锰基氧化物和硫化物所存在的问题,本论文主要采用简单、易操作的电化学沉积方法,分别对锰基氧化物和硫化物电极材料进行了复合改性,并对它们的电化学性能进行了详细分析与探究。主要的研究内容如下:（1）高性能氧化锰电极材料的制备与电化学性能研究。我们使用1.1 V恒电位电化学沉积的方法,调控电沉积温度制备了具有不同Mn3+/Mn4+比值的MnO2/CC复合材料（CC为导电碳布）。我们利用XPS、XRD、SEM和TEM等表征手段对MnO2/CC电极材料的结构和形貌进行了表征与分析。结果表明随着沉积温度升高到70°C,Mn<...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型的电容器以及电池的能量对比图[4,5]
兰州大学硕士学位论文锰基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究2图1-2超级电容器的主要研究方向[8]。1.2超级电容器的原理及结构1.2.1超级电容器的基本原理由于储能机理的不同，超级电容器可以分为双电层电容（ElectricalDouble-LayerCapacitive）、赝电容（Pseudocpactive）和混合电容（HybridSupercapacitive）。1．双电层电容双电层电容主要是利用电解液离子与电极表面的静电相互作用，在电极表面进行快速的离子吸附以及脱附。所谓的双电层是指在不同的界面处所形成的两个层[9]。双电层电容储存电荷过程中并不发生氧化还原反应，所有聚集在一起的正、负电荷都在电极和电解液界面之间形成双电层，这样可以保证材料具有较高的循环稳定性[10]。具体的储存电荷的过程如图1-3（a）所示。在充电过程中，在外电场的作用下，在电极的正负极分别储存大量的正负电荷；根据静电的相互作用，电解液离子中的带负电的电荷（阴离子）移向电极的正极；反之，电解液离子中带正电的电荷（阳离子）移向电极的负极。在这个过程中，在电解液和电极材料之间形成双电层；在放电的过程中，在正负极上所吸引的正负电荷通过外电路，分别移动到电解液中，完成放电过程[8,11,12]。常用的双电层电容材料是碳材料（例如：活性炭（AC）、碳纳米管（CNT）、石墨烯（Graphene）等）[13,14]。
兰州大学硕士学位论文锰基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究3图1-3三种不同类型电容器的储能机理示意图（a）双电层电容；（b）赝电容；（c）混合电容[15]。2、赝电容赝电容主要是通过电极材料与电解液发生氧化还原反应（通常发生在电极的表面及近表面），产生法拉第电荷来储存能量[1]。储能机理如图1-3（b）所示，从电化学角度出发，赝电容主要可以分为三个类型。一是欠电位沉积，它是指一种金属可以在比它的热力学可逆电位更正的条件下沉积在另外一种基体上的一种现象[16]；二是氧化还原赝电容，它是指电解液中的离子通过化学吸附在电极的表面或者是在活性材料的近表面，并且与其电子发生氧化还原反应，最终将这个电子-离子转化成电荷储存能量的一个过程[17-20]；三是嵌入式赝电容，溶液中的电解液离子通过插层嵌入到层状材料之间，并且与其周围的原子发生氧化还原反应，从而存储能量[21]。赝电容常涉及到的是一些金属化合物和导电聚合物[22]。赝电容材料的容量高于双电层电容的容量，且达到10-100倍左右[23]。3、混合电容如图1-3（c）所示，混合电容是可以同时兼具了双电层电容以及赝电容的特性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]MnS hollow microspheres combined with carbon nanotubes for enhanced performance sodium-ion battery anode[J]. Na Zhang,Xin Li,Tianyi Hou,Jinze Guo,Anran Fan,Shibo Jin,Xiaohong Sun,Shu Cai,Chunming Zheng. Chinese Chemical Letters. 2020(05)
[2]炭-/石墨烯量子点在超级电容器中的应用[J]. 朱家瑶,董玥,张苏,范壮军. 物理化学学报. 2020(02)
[3]新碳源制备活性炭和石墨烯及其非等电极电容水系超级电容器（英文）[J]. 陈尧,陈政. 物理化学学报. 2020(02)
[4]植物基多孔炭材料在超级电容器中的应用[J]. 郭楠楠,张苏,王鲁香,贾殿赠. 物理化学学报. 2020(02)
[5]超级电容器活性炭材料的研究进展[J]. 黄兴兰. 东方电气评论. 2019(02)
[6]基于导电聚合物水凝胶材料的高性能柔性固态超级电容器（英文）[J]. 王凯,张熊,孙现众,马衍伟. Science China Materials. 2016(06)
[7]MnO2基超级电容器电极材料[J]. 万厚钊,缪灵,徐葵,亓同,江建军. 化工学报. 2013(03)
[8]扫描电子显微镜原理及特点[J]. 武开业. 科技信息. 2010(29)
[9]电化学电容器的特点及应用[J]. 张治安,邓梅根,胡永达,杨邦朝. 电子元件与材料. 2003(11)
[10]新型双电层电容器研究现状及展望[J]. 梅滨. 炭素. 2003(02)
博士论文
[1]双金属氧化物及其复合材料的赝电容行为研究[D]. 刘卯成.兰州理工大学 2013
硕士论文
[1]超级电容器电极材料的制备及电化学性能研究[D]. 农谷珍.大连理工大学 2009
本文编号：2933488
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同类型的电容器以及电池的能量对比图[4,5]
兰州大学硕士学位论文锰基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究2图1-2超级电容器的主要研究方向[8]。1.2超级电容器的原理及结构1.2.1超级电容器的基本原理由于储能机理的不同，超级电容器可以分为双电层电容（ElectricalDouble-LayerCapacitive）、赝电容（Pseudocpactive）和混合电容（HybridSupercapacitive）。1．双电层电容双电层电容主要是利用电解液离子与电极表面的静电相互作用，在电极表面进行快速的离子吸附以及脱附。所谓的双电层是指在不同的界面处所形成的两个层[9]。双电层电容储存电荷过程中并不发生氧化还原反应，所有聚集在一起的正、负电荷都在电极和电解液界面之间形成双电层，这样可以保证材料具有较高的循环稳定性[10]。具体的储存电荷的过程如图1-3（a）所示。在充电过程中，在外电场的作用下，在电极的正负极分别储存大量的正负电荷；根据静电的相互作用，电解液离子中的带负电的电荷（阴离子）移向电极的正极；反之，电解液离子中带正电的电荷（阳离子）移向电极的负极。在这个过程中，在电解液和电极材料之间形成双电层；在放电的过程中，在正负极上所吸引的正负电荷通过外电路，分别移动到电解液中，完成放电过程[8,11,12]。常用的双电层电容材料是碳材料（例如：活性炭（AC）、碳纳米管（CNT）、石墨烯（Graphene）等）[13,14]。
兰州大学硕士学位论文锰基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究3图1-3三种不同类型电容器的储能机理示意图（a）双电层电容；（b）赝电容；（c）混合电容[15]。2、赝电容赝电容主要是通过电极材料与电解液发生氧化还原反应（通常发生在电极的表面及近表面），产生法拉第电荷来储存能量[1]。储能机理如图1-3（b）所示，从电化学角度出发，赝电容主要可以分为三个类型。一是欠电位沉积，它是指一种金属可以在比它的热力学可逆电位更正的条件下沉积在另外一种基体上的一种现象[16]；二是氧化还原赝电容，它是指电解液中的离子通过化学吸附在电极的表面或者是在活性材料的近表面，并且与其电子发生氧化还原反应，最终将这个电子-离子转化成电荷储存能量的一个过程[17-20]；三是嵌入式赝电容，溶液中的电解液离子通过插层嵌入到层状材料之间，并且与其周围的原子发生氧化还原反应，从而存储能量[21]。赝电容常涉及到的是一些金属化合物和导电聚合物[22]。赝电容材料的容量高于双电层电容的容量，且达到10-100倍左右[23]。3、混合电容如图1-3（c）所示，混合电容是可以同时兼具了双电层电容以及赝电容的特性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]MnS hollow microspheres combined with carbon nanotubes for enhanced performance sodium-ion battery anode[J]. Na Zhang,Xin Li,Tianyi Hou,Jinze Guo,Anran Fan,Shibo Jin,Xiaohong Sun,Shu Cai,Chunming Zheng. Chinese Chemical Letters. 2020(05)
[2]炭-/石墨烯量子点在超级电容器中的应用[J]. 朱家瑶,董玥,张苏,范壮军. 物理化学学报. 2020(02)
[3]新碳源制备活性炭和石墨烯及其非等电极电容水系超级电容器（英文）[J]. 陈尧,陈政. 物理化学学报. 2020(02)
[4]植物基多孔炭材料在超级电容器中的应用[J]. 郭楠楠,张苏,王鲁香,贾殿赠. 物理化学学报. 2020(02)
[5]超级电容器活性炭材料的研究进展[J]. 黄兴兰. 东方电气评论. 2019(02)
[6]基于导电聚合物水凝胶材料的高性能柔性固态超级电容器（英文）[J]. 王凯,张熊,孙现众,马衍伟. Science China Materials. 2016(06)
[7]MnO2基超级电容器电极材料[J]. 万厚钊,缪灵,徐葵,亓同,江建军. 化工学报. 2013(03)
[8]扫描电子显微镜原理及特点[J]. 武开业. 科技信息. 2010(29)
[9]电化学电容器的特点及应用[J]. 张治安,邓梅根,胡永达,杨邦朝. 电子元件与材料. 2003(11)
[10]新型双电层电容器研究现状及展望[J]. 梅滨. 炭素. 2003(02)
博士论文
[1]双金属氧化物及其复合材料的赝电容行为研究[D]. 刘卯成.兰州理工大学 2013
硕士论文
[1]超级电容器电极材料的制备及电化学性能研究[D]. 农谷珍.大连理工大学 2009
本文编号：2933488
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2933488.html
