超级电容器电极材料的制备及其电化学性能的研究

论文摘要

超级电容器作为一种性能卓越的致密能源,其性能主要由电极材料决定。本论文以获得高性能的超级电容器电极材料为目标,研究了电极材料的特殊形态结构对其电化学性能的影响,主要研究内容有:采用KOH活化法对活性炭进行改性处理,结果表明:活性炭电极活化后的比电容比活化前高出约25F/g,且具有良好的循环性能。采用模板法结合水热反应制备介孔氧化镍,研究了反应物浓度、表面活性剂的选择、水热温度及水热时间等反应条件对生成物形貌的影响。最佳反应条件下制备的介孔NiO电极与普通沉淀法制备的NiO电极首次放电比电容分别为235.5F/g、189.0F/g,400次循环后分别衰减到227.3F/g、171.9F/g。以制备介孔氧化镍的水热反应条件为基础来制备介孔硫化钴并对其进行了表征。介孔CoS电极与普通沉淀法制备的CoS电极首次放电比电容分别为398.7F/g、309.2F/g,400次循环后分别衰减到335.6F/g、250.4F/g。采用水热反应制备纳米二氧化锰,研究了水热温度、加入表面活性剂及水热时间等反应条件对产物形貌的影响。最佳反应条件下的纳米MnO2与普通沉淀法制备的MnO2电极首次放电比电容分别为226.2F/g、165.6F/g,400次循环后分别衰减到213.1F/g、136.7F/g。本论文所制备的三种电极材料的电化学性能均比对应普通沉淀法制备电极的性能好。在这三种材料中,介孔CoS电极比电容比其它两种电极高出约160F/g～170F/g,但其循环性能、稳定性、导电性均较差,这说明对于硫化钴的研究需要进一步深入。介孔NiO、纳米MnO2电极的循环性能、导电性较好,具备超级电容器电极材料所需的良好性能。因此,本论文对超级电容器电极材料的理论研究和实际应用具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超级电容器的概述
• 1.2.1 超级电容器的特性
• 1.2.2 超级电容器的应用
• 1.2.3 国内外的发展与现状
• 1.3 超级电容器的储能机理及结构
• 1.3.1 双电层电容
• 1.3.2 法拉第准电容
• 1.3.3 超级电容器的结构
• 1.4 超级电容器电极材料的研究进展
• 1.4.1 碳基材料
• 1.4.2 金属氧化物电极材料
• 1.4.3 导电聚合物电极材料
• 1.5 本论文的研究目的及主要内容
• 第2章 实验药品仪器及研究方法
• 2.1 实验药品及仪器设备
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 仪器设备
• 2.2 实验研究方法
• 2.2.1 材料结构和形貌表征方法
• 2.2.2 气体低温吸附-脱附的研究
• 2.2.3 电化学性能测试
• 第3章 活性炭材料的改性及其电化学性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 活性炭的活化
• 3.2.2 电极的制备及电容器的组装
• 3.3 结果与讨论
• 2 吸附-脱附研究'>3.3.1 N₂吸附-脱附研究
• 3.3.2 活化前后活性炭材料的SEM 表征
• 3.3.3 恒流充放电测试
• 3.3.4 循环伏安测试
• 3.3.5 交流阻抗测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 介孔材料的制备及其电化学性能的研究
• 4.1 反应机理
• 4.1.1 模板法机理
• 4.1.2 水热反应机理
• 4.2 模板法制备介孔氧化镍及其电化学性能研究
• 4.2.1 介孔氧化镍的制备
• 4.2.2 介孔氧化镍制备条件的影响
• 4.2.3 介孔氧化镍表征
• 4.2.4 介孔氧化镍电极的电化学性能
• 4.3 模板法制备介孔硫化钴及其电化学性能研究
• 4.3.1 介孔硫化钴的制备
• 4.3.2 模板法制备硫化钴的表征
• 4.3.3 介孔硫化钴的电化学性能
• 4.4 本章小结
• 2的制备及其电化学性能研究'>第5章 纳米MnO₂的制备及其电化学性能研究
• 5.1 引言
• 2 的制备及其制备条件的影响'>5.2 纳米MnO₂的制备及其制备条件的影响
• 2 的制备'>5.2.1 纳米MnO₂的制备
• 2 制备条件的影响'>5.2.2 纳米MnO₂制备条件的影响
• 2 的电化学性能'>5.3 纳米MnO₂的电化学性能
• 2 电极的制备及电容器的组装'>5.3.1 纳米MnO₂电极的制备及电容器的组装
• 5.3.2 恒流充放电性能
• 5.3.3 循环伏安性能
• 5.3.4 交流阻抗性能
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及取得的科研成果
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT