超级电容器用二氧化锰电极材料的制备及电化学性能研究
发布时间：2020-08-07 00:47
【摘要】：超级电容器是一种新型能源储存设备,由于其快速充电/放电能力、功率密度大、循环寿命长和优秀的可逆性等优点获得了研究者的注意。影响超级电容器电化学性能的关键因素是电极材料,而赝电容电极中的过渡金属氧化物具有比电容高,易获得等优点引起研究者的广泛关注。MnO_2是过渡金属氧化物中最具潜力的,也是近年来的研究热点。本文以MnO_2为主要研究对象,通过液相沉淀法,水浴液相法,水热法,油浴回流法等方法合成了不同形貌的电极材料,制备出纳米花状MnO_2,纳米棒状MnO_2,MnO_2/NiCo_2O_4复合材料,Ce掺杂MnO_2等电极材料,并用SEM、XRD、XPS、循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等方法对制备的电极材料进行了微观结构表征和电化学性能分析,主要内容如下所示:1、以MnSO_4为还原剂和以KMnO_4为锰源,使用液相沉淀法、水浴液相法、水热法等方法合成了不同形貌的MnO_2。研究发现,水热法制备的MnO_2为α-MnO_2,在微观形貌上是纳米棒状,直径约30-40 nm,长度可到达1μm;而液相法制备的MnO_2为ε-MnO_2,微观形貌上为纳米片团聚成的纳米花,直径500 nm;水浴液相法制备出的MnO_2为ε-MnO_2,微观形貌上为表面纳米片团聚成的纳米花,直径200 nm。同时将三种MnO_2制备成电极片,使用三电极体系在1 mol/L的Na_2SO_4水溶液中进行不同电化学测试,包括循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等,测试结果显示α-MnO_2具有比较高的比电容和优异的结构稳定性,α-MnO_2的比电容在0.5 A/g时能达到256 F/g,而且拥有更好的电导率。在8 A/g电流密度下循环2000次,电容保持率为86%。2、首先采用了水热法合成出α-MnO_2纳米棒,然后经过化学反应再包覆NiCo_2O_4纳米片,形成具有核壳结构MnO_2/NiCo_2O_4复合材料。XRD和SEM的研究表明,NiCo_2O_4纳米片均匀地生长在MnO_2纳米棒的表面上形成更大比表面积的核壳复合结构。电化学性能测试证明,MnO_2/NiCo_2O_4具有比较高的比电容和优异的结构稳定性。MnO_2/NiCo_2O_4电极材料的比电容能达到434 F/g,在8 A/g的电流密度下循环2000次后,容量保持率为91.8%。3、通过简单的水热法合成MnO_2,并在其反应过程中掺杂Ce,制备出了改性MnO_2。铈掺杂氧化锰作为一种赝电容电极材料拥有优异的电化学性能,这与它的导电性好,比表面积大有直接的关系。通过研究发现,铈离子掺杂进入了MnO_2晶体中,并改变了MnO_2的形貌,使其从纳米棒转化成了纳米片。电化学性能测试证明,10%铈掺杂MnO_2电极比电容高达748 F/g。而且它的循环稳定性也很好,经过2000次循环后比电容保留量约为100%。实验结果证明铈能够明显提高MnO_2的比电容和电化学稳定性,同时能够促进MnO_2转化成纳米片。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ137.12;TM53
【图文】：
器分类级电容器以储能机理为分类依据可以分为双电层电容器(Capacitors, EDLC)和法拉第赝电容器(Pseudocapacitors)。容容器是通过在电极上施加电压，然后电极材料与电解液接触电荷分离来储存电能的。电容器充放电过程中没有化学反应快速的聚集转移电荷，这就使它的充放电效率极高，而且耗[5]。19 世纪 60 年代之前，就已经存在超级电容器这个概十年。1879 年，Helmholz 发现了电化学的双电层储能机理时，电极材料中电子由正极转移到负极，而溶液中的阴离子中的电荷互相吸附，形成双电层电容[6]。
拉第准电容器)，是通过电极材料可逆的氧化还原反应赝电容器存储两种类型的电荷：1)施加电压后电极材层效应储存电荷；2)电极材料的表层和内部发生快速]。虽然赝电容与电池一样，储存电荷的过程中都存在程的表现更接近电容器，反应是具有电子转移的非常任何相变，它们不涉及生成或破坏化学键，而且存储压成线性比例[15],[16]。way 首先提出了赝电容器储能理论，他提出赝电容是。因此，对于相同的表面积，赝电容可能比双电层电但是目前的赝电容能量密度还是比电池低，为了能够密度，赝电容器已成为当前的研究热点，特别是其电研究。
图 1.3 二氧化锰的单元结构Fig. 1.3 the structure of manganese dioxide锰的晶型nO2晶体均基于[MnO6]八面体结构。两个相邻的八面体结构一起，并且结合是按特殊的规律组合的。MnO2的晶体结构主或隧道结构，主要包括 ，β，γ， ，ρ 型；第二类是 MnO2;第三类是 MnO2的三维结构，例如 λ 型[93]。不同晶型的 Mn尽管每种晶体形式的 MnO2的化学组成差别不大，但由于它构，即不同的几何尺寸和结构，它们所表现出的电化学性能中含有的羟基越多，氧化活性越强。MnO2晶体特征见表 1-表 1-2 MnO2晶体特征Tab. 1-2 The character of MnO2crystal晶格常数
本文编号：2783210
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ137.12;TM53
【图文】：
器分类级电容器以储能机理为分类依据可以分为双电层电容器(Capacitors, EDLC)和法拉第赝电容器(Pseudocapacitors)。容容器是通过在电极上施加电压，然后电极材料与电解液接触电荷分离来储存电能的。电容器充放电过程中没有化学反应快速的聚集转移电荷，这就使它的充放电效率极高，而且耗[5]。19 世纪 60 年代之前，就已经存在超级电容器这个概十年。1879 年，Helmholz 发现了电化学的双电层储能机理时，电极材料中电子由正极转移到负极，而溶液中的阴离子中的电荷互相吸附，形成双电层电容[6]。
拉第准电容器)，是通过电极材料可逆的氧化还原反应赝电容器存储两种类型的电荷：1)施加电压后电极材层效应储存电荷；2)电极材料的表层和内部发生快速]。虽然赝电容与电池一样，储存电荷的过程中都存在程的表现更接近电容器，反应是具有电子转移的非常任何相变，它们不涉及生成或破坏化学键，而且存储压成线性比例[15],[16]。way 首先提出了赝电容器储能理论，他提出赝电容是。因此，对于相同的表面积，赝电容可能比双电层电但是目前的赝电容能量密度还是比电池低，为了能够密度，赝电容器已成为当前的研究热点，特别是其电研究。
图 1.3 二氧化锰的单元结构Fig. 1.3 the structure of manganese dioxide锰的晶型nO2晶体均基于[MnO6]八面体结构。两个相邻的八面体结构一起，并且结合是按特殊的规律组合的。MnO2的晶体结构主或隧道结构，主要包括 ，β，γ， ，ρ 型；第二类是 MnO2;第三类是 MnO2的三维结构，例如 λ 型[93]。不同晶型的 Mn尽管每种晶体形式的 MnO2的化学组成差别不大，但由于它构，即不同的几何尺寸和结构，它们所表现出的电化学性能中含有的羟基越多，氧化活性越强。MnO2晶体特征见表 1-表 1-2 MnO2晶体特征Tab. 1-2 The character of MnO2crystal晶格常数
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 陈婵娟;胡中爱;胡英瑛;李丽;杨玉英;安宁;李志敏;吴红英;;SnO_2/石墨纳米片复合电极及其在超级电容器中的应用[J];物理化学学报;2014年12期
相关硕士学位论文 前1条
1 钟玲珑;二氧化锰超级电容器电极材料的研究[D];天津大学;2010年
本文编号：2783210
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2783210.html
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