超級電容器用過渡賤金屬氧化物-碳復合電極材料研究.pdf

1、超級電容器是一種介于電池和傳統電容器之間的新型高功率儲能器件,相比電池,具有更大的功率密度值；相比傳統靜電電容器,具有更高的能量密度；同時具有瞬間釋放特大電流特性,充放電效率高、循環壽命長等優點。對超級電容器的研究,主要集中在電極材料方面。本文采用原位復合法分別制備了二氧化錳/活性炭和二氧化錳/乙炔碳黑兩種電極材料,研究了材料制備,結構和性能,以及影響電容器性能的因素、贗電容形成機理。主要研究內容和創新點歸納如下： 1.首次提出

2、采用原位復合法合成MnO2/碳作為超級電容器電極材料。通過研究材料電極制備過程中材料干燥溫度、電極制備壓力、導電石墨的含量、錳含量等工藝參數,初步探討了MnO2/碳材料電極的電容形成機理。結果發現：該工藝制備的MnO2/碳復合材料可使MnO2顆粒有效包覆在碳基材料表面,有效結合碳基材料的高比表面積和MnO2的高贗電容。經過在1mol/L Na2SO4電解液中,在5mv/s的電位速率下測試,MnO2/活性炭混合電極材料比容量達到150.8

3、F/g,MnO2/乙炔碳黑混合電極材料比容量達到142.3F/g。 2.在上述材料制備工藝的基礎之上,對MnO2/碳復合材料進行物理摻雜,以進一步改善材料的電學性能。通過采用沉淀轉化法合成摻雜物質,成功制備了摻雜Ni(OH)2和摻雜Co(OH)2的復合電極材料,并初步探討了材料的改性機理。結果發現：摻雜一定量的Ni(OH)2后,電極材料的工作電位和比容量有所上升,但等效串聯電阻(ESR)也有所增加。經對摻雜15wt％Ni(OH)

4、2的混合電極進行電學性能測試,電極材料的有效工作電位拓寬到-0.4～1v,比容量最高達到了171.4F/g,ESR為6.87歐姆；同樣發現,摻雜一定量Co(OH)2后,可以有效降低復合電極的ESR。經對摻雜9wt％的Co(OH)2復合電極進行電學測試,發現摻雜后電極材料的比容量為156.1F/g,而ESR為3.55歐姆。 3.對采用原位復合法制備的MnO2/碳復合電極材料,探索了各種適合二氧化錳/碳復合電極工作的電解質溶液。通過

5、對比其在各種類型電解液中表現出來的電學性能及電解液濃度電極材料的影響。發現1mol/L Na2SO4溶液比較適合,復合材料電極在電解液中表現出良好電容特性,且充放電效率高。 文中的原位復合法、MnO2/碳復合材料等都是我們富有創新性的研究工作。雖然論文中對MnO2/碳改性機理、開發新的集流體、開發新的電解液等方面還有待進一步研究,但本文在電極物質的制備、測試、復合材料的改性等方面提供了一些有價值的方法,對于超級電容器的深入研究具