水系二氧化锰超级电容器电解质性能研究

发布时间：2017-09-14 02:37

  本文关键词：水系二氧化锰超级电容器电解质性能研究

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【摘要】：本文以二氧化锰为超级电容器电极材料,选取不同种类水系电解质溶液,研究水系电解质溶液中电解质盐种类、浓度以及第二项添加离子对电极电化学性能的影响。通过液相法、水热法以及电解沉积法制备不同类型二氧化锰材料,并采用X-射线衍射分析确定二氧化锰晶型,利用场发射扫描电子显微镜对二氧化锰的微观形貌进行表征。采用电导率测试仪测量电解质溶液的电导率,分析其对电流的传输能力。通过循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗测试,分析二氧化锰电极在不同水系电解质溶液中的电化学性能。研究结果表明:制备的二氧化锰颗粒其尺寸能够达到纳米级别,但均存在不同程度的团聚现象。液相法制备的α-MnO_2团聚颗粒呈“花粉”状,内部结构由二氧化锰颗粒相互连接组成,颗粒之间存在大量孔隙。“花粉”状团聚颗粒分布均匀,且颗粒之间存在相互交联现象;而水热法制备的β-MnO_2,其团聚颗粒由短棒状二氧化锰紧密贴合组成,短棒与短棒之间不存在孔隙;电解沉积制备的γ-MnO_2具有相对良好的微观形貌,短棒与短棒相互搭联形成团聚颗粒,团聚颗粒与团聚颗粒之间通过搭联的短棒相互连接;无定型二氧化锰由液相氧化法制得,生成的二氧化锰颗粒团聚程度过高,导致其微观形貌不统一,容易在制备电极过程中结块。硫酸钠、硫酸锂以及硫酸铵电解质溶液中,溶液电导率随着浓度的增加而增大,对电流的传输能力增强,但未出现数量级上的差异。对比不同晶型二氧化锰电极在不同种类电解质溶液中比容量发现,采用硫酸锂溶液电极电化学性能较好,其比容量相比于传统硫酸钠电解质提升10%~20%。硫酸钠电解质溶液中α-MnO_2与β-MnO_2电极比容量先随着浓度增加而增大,当浓度达到0.7M时比容量增长速度减缓,而γ-MnO_2和无定型二氧化锰电极比容量出现下降;硫酸铵溶液中,各个类型二氧化锰电极的比容量在0.7M处增速基本停止,即出现极大值;硫酸锂电解质中各个电极的比容量在0.7M处均出现下降。综合分析发现,在水系电解质溶液中溶液浓度采用0.7M为宜,此处电极比容量相比最小值提升30%左右。硫酸钠/硫酸铵和硫酸钠/硫酸锂混合电解质溶液中,同浓度下的混合电解质溶液其电导率未出现明显差距。添加硫酸锂相比与硫酸铵能够得到更大程度的性能提升。第二项添加阳离子能够在一定程度上提升电容器的整体性能。但溶液中添加阳离子与基础阳离子之间并未产生协同作用,电容器电化学性能的体现只是两种电解质性能的机械叠加;而在硫酸锂基混合电解质溶液中,不同价态第二项添加阳离子在浓度达到一定范围后会对电容器性能产生影响。高价态的添加阳离子与基础离子具有更强的相互作用力,在溶液中能够相互影响彼此的运动,可能对带电离子的移动产生阻碍作用,表现为在添加了Al~(3+)、Mg~(2+)的电解质溶液中电极的比容量出现较大程度的下降。
【关键词】：水系超级电容器 二氧化锰 电解质 混合电解质
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ137.12;TM53
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-22
• 引言9-11
• 1.1 超级电容器简介11-14
• 1.1.1 超级电容器结构11
• 1.1.2 超级电容器分类11-14
• 1.1.2.1 双电层超级电容器12-13
• 1.1.2.2 法拉第赝电容13-14
• 1.2 超级电容器电极材料14-17
• 1.2.1 炭材料14-15
• 1.2.2 金属氧化物15-16
• 1.2.3 导电聚合物16-17
• 1.3 超级电容器电解质研究简介17-21
• 1.3.1 水系电解质17-20
• 1.3.1.1 单一酸性电解质18
• 1.3.1.2 单一碱性电解质18
• 1.3.1.3 单一中性电解质18-20
• 1.3.1.4 混合中性电解质20
• 1.3.2 有机电解质20-21
• 1.3.3 固态电解质21
• 1.4 本文研究内容与目的21-22
• 第二章 实验方案22-29
• 2.1 实验药品与设备22-23
• 2.2 二氧化锰的制备23-24
• 2.3 形貌表征方法24
• 2.3.1 XRD衍射分析24
• 2.3.2 场发射扫描电镜24
• 2.4 电极制备24-25
• 2.5 电化学测试方法25-29
• 2.5.1 循环伏安测试26-27
• 2.5.2 恒流充放电测试27-28
• 2.5.3 交流阻抗测试28-29
• 第三章 单一水系电解质超级电容器电化学性能研究29-48
• 3.1 电极材料形貌表征29-32
• 3.1.1 二氧化锰粉末XRD衍射测试29-30
• 3.1.2 SEM扫描电镜测试30-32
• 3.2 电解质溶液电导率测试32-34
• 3.3 不同电解质中电极电化学性能研究34-47
• 3.3.1 硫酸钠电解质中不同晶型二氧化锰电极电化学性能研究34-40
• 3.3.2 硫酸锂电解质中不同晶型二氧化锰电极电化学性能研究40-43
• 3.3.3 硫酸铵电解质中不同晶型二氧化锰电极电化学性能研究43-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 硫酸钠基混合电解质溶液电化学性能研究48-54
• 4.1 电极材料以及电解质选取48
• 4.2 电解质溶液电导率测试48
• 4.3 混合电解质中α、γ型二氧化锰电化学性能测试48-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 不同价态第二项添加离子对硫酸锂电解质电化学性能的影响54-60
• 5.1 电解质溶液电导率测试54
• 5.2 循环伏安测试以及数据分析54-55
• 5.3 恒流充放电数据分析55-57
• 5.4 交流阻抗数据分析57-59
• 5.5 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士期间发表的论文66-67
• 致谢67-68

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本文编号：847370