混合型超级电容器的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-09-13 07:09

  本文关键词：混合型超级电容器的制备及其电化学性能研究

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【摘要】：在过渡金属氧化物中MnO_2由于其理论比电容较高、环境友好、安全、来源广泛且价格低廉等优点成为了一种有前途的电极活性材料,而石墨烯由于较大的比电容、较小的电阻率,较高的电子迁移率以及卓越的电化学稳定性而广泛的应用于超级电容器中。实验利用水热法制备正极活性材料,以还原氧化石墨烯(RGO)为负极活性材料,组装即获得性能良好的混合型超级电容器。采用水热法制备正极活性材料,根据正交表确定最佳反应条件:反应物浓度为0.05 mol/L,水热时间10 h,水热温度150℃,p H值7,反应物比例1:1,由此获得的Mn O_2比电容为66 F·g-1,掺杂Fe元素或是Ni元素都可以提高活性材料的比电容,4 mol%Fe-Mn O_2的比电容为119 F·g-1,而2 mol%NiMn O_2的比电容可达111 F·g-1,继续复合RGO,4 mol%Fe-Mn O_2/2 wt%RGO的比电容为144 F·g-1,而2 mol%Ni-Mn O_2/2 wt%RGO的比电容也提高了23%,由此可以发现,掺杂Fe元素、Ni元素或是复合RGO都可以有效的提高Mn O_2的电化学性能。利用Hummers法制备GO并通过水热法在180℃反应24 h得到RGO,利用XRD、TEM及FT-IR对GO及RGO进行表征可以确定其形貌结构,通过电化学工作站可以测得RGO的比电容为110 F·g-1。根据两极的电荷守恒进行正、负极质量匹配,以4 mol%Fe-Mn O_2/2 wt%RGO、2 mol%Ni-MnO_2/2 wt%RGO为正极活性材料,以RGO为负极活性材料对混合型超级电容器进行组装,通过电化学测试可以测得4 mol%FeMn O_2/2 wt%RGO//RGO的比电容为51.2 F·g-1,而2 mol%Ni-Mn O_2/2 wt%RGO//RGO的比电容则为45.6 F·g-1。
【关键词】：混合型超级电容器 二氧化锰 还原氧化石墨烯 复合材料
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ137.12;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 超级电容器概述12-14
• 1.2.1 超级电容器分类12
• 1.2.2 超级电容器机理12-14
• 1.3 超级电容的研究现状14-16
• 1.3.1 超级电容器的国内外研究现状14-15
• 1.3.2 混合型超级电容器的研究现状15-16
• 1.4 课题研究意义及主要内容16-18
• 第2章 制备方法与实验过程18-26
• 2.1 实验所用原料及试剂18-19
• 2.2 实验主要仪器及设备19
• 2.3 实验工艺及条件19-23
• 2.3.1 实验的工艺流程图19-21
• 2.3.2 MnO_2的制备21
• 2.3.3 Ni-MnO_2及Fe-MnO_2的制备21
• 2.3.4 氧化石墨烯的制备21-22
• 2.3.5 氧化石墨烯的还原22
• 2.3.6 Ni-MnO_2/RGO及Fe-MnO_2/RGO的制备22
• 2.3.7 正负电极片的制备22-23
• 2.3.8 混合型超级电容器的组装23
• 2.4 测试与表征方法23-25
• 2.4.1 X-射线衍射分析（XRD）23-24
• 2.4.2 扫描电子显微镜（SEM）24
• 2.4.3 透射电子显微镜（TEM）24
• 2.4.4 傅里叶红外光谱（FT-IR）24
• 2.4.5 循环伏安曲线（CV）24-25
• 2.4.6 交流阻抗分析25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 正极活性材料的制备及其电化学性能研究26-48
• 3.1 前言26
• 3.2 MnO_2制备条件的研究26-32
• 3.2.1 正交试验分析26-28
• 3.2.2 反应物比例分析28-30
• 3.2.3 不同反应物比例所制MnO_2的循环伏安分析30-31
• 3.2.4 不同反应物比例所制MnO_2的交流阻抗分析31-32
• 3.3 Fe-MnO_2、Ni-MnO_2的形貌分析32-34
• 3.3.1 Fe-MnO_2、Ni-MnO_2的XRD分析32-33
• 3.3.2 Fe-MnO_2、Ni-MnO_2的SEM分析33-34
• 3.4 Fe-MnO_2的电化学性能分析34-36
• 3.4.1 Fe-MnO_2的CV曲线研究34-35
• 3.4.2 Fe-MnO_2的交流阻抗研究35-36
• 3.5 Ni-MnO_2的电化学性能分析36-38
• 3.5.1 Ni-MnO_2的CV曲线研究36-37
• 3.5.2 Ni-MnO_2的交流阻抗研究37-38
• 3.6 Fe-MnO_2/RGO、Ni-MnO_2/RGO的形貌分析38-40
• 3.6.1 Fe-MnO_2/RGO、Ni-MnO_2/RGO的XRD分析38-39
• 3.6.2 Fe-MnO_2/RGO、Ni-MnO_2/RGO的TEM分析39-40
• 3.7 Fe-MnO_2/RGO复合材料的电化学性能40-42
• 3.7.1 Fe-MnO_2/RGO的CV曲线研究40-42
• 3.7.2 Fe-MnO_2/RGO的交流阻抗研究42
• 3.8 Ni-MnO_2/RGO复合材料的电化学性能42-46
• 3.8.1 Ni-MnO_2/RGO的CV曲线研究42-44
• 3.8.2 Ni-MnO_2/RGO的交流阻抗研究44-46
• 3.9 本章小结46-48
• 第4章 负极活性材料的制备及电容器组装48-58
• 4.1 前言48
• 4.2 RGO的物相及形貌分析48-51
• 4.2.1 GO以及RGO的XRD分析48-49
• 4.2.2 GO以及RGO的红外光谱分析49-50
• 4.2.3 GO以及RGO的TEM分析50-51
• 4.3 RGO的电化学性能研究51-53
• 4.3.1 RGO的CV曲线分析及两极质量的匹配51-52
• 4.3.2 RGO的交流阻抗研究52-53
• 4.4 混合型超级电容器的电化学性能分析53-57
• 4.4.1 混合型超级电容器的组装53-54
• 4.4.2 混合型超级电容器的CV曲线分析54-55
• 4.4.3 混合型超级电容器的交流阻抗分析55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-64
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文64-65
• 致谢65

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本文编号：842245