金属氧化物基超级电容器电极材料的制备与电化学性能研究

论文摘要

超级电容器是一种新型的电化学能量储存装置。与传统的电容器相比,超级电容器具有较高的功率密度、较长的循环寿命、低的等效串联电阻和对环境无污染等一系列的优点。它在电动汽车、航空航天、笔记本电脑和军事等方面都发挥重要的作用。因此,近年来对超级电容器的研究开发成为一个热点。在各种电极材料研究中,金属氧化物吸引了广泛兴趣。本文制备了金属氧化物基电极材料,采用X射线衍射法和扫描电子显微镜对制备材料微观结构和形貌做了表征;通过掺杂其他材料,采用循环伏安法、计时电位法和电化学阻抗等研究了所制备电极材料的电化学性能。主要研究内容和创新点归纳如下:（1）以氧化还原法制备MnO2,溶胶-凝胶法制备SnO2。研究了SnO2掺杂MnO2复合电极在KCl溶液中的电化学性能。当活性物中SnO2的含量为10 wt%时,该复合电极的比容量为302.1 F/g,多次充放电测试后,其电容性能相当稳定。（2）以共沉淀法制备Co2SnO4粉末。形貌分析表明所制备的材料是三维纳米尖晶石球状结构。考察了Co2SnO4/AC复合电极在KCl电解液中的电化学性能。当Co2SnO4含量为25 wt%,该复合电极的比容量为285.3 F/g,1000次循环充放电后比容量衰减了4.2%。与活性炭电极相比,该复合电极不仅比容量大大提高,而且循环稳定性也得到改善。（3）以低温固相反应法制备Co2O3掺杂MnO2。研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。在1.0 mol/L KCl溶液中,当Co2O3掺杂MnO2复合电极中,Co含量为2.3 wt%时比容量达到340.1 F/g。1000次循环后比容量衰减到291.1 F/g,减少到最初的85.6%。通过分析反应前后的电化学阻抗图得出,电极材料的性能相当稳定,电化学测试没有引起其微观结构的改变。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 超级电容器简介
• 1.1.1 超级电容器研究背景
• 1.1.2 超级电容器应用前景
• 1.2 超级电容器工作原理
• 1.2.1 双电层电容器工作原理
• 1.2.2 法拉第电容器工作原理
• 1.3 超级电容器国内外研究现状和发展趋势
• 1.3.1 碳电极材料
• 1.3.2 金属氧化物电极材料
• 1.3.3 导电聚合物电极材料
• 1.4 课题研究意义
• 1.5 研究思路及研究内容
• 2 实验方法及原理
• 2.1 主要实验仪器及化学试剂
• 2.1.1 主要实验仪器与设备
• 2.1.2 主要化学试剂与原材料
• 2.2 测试方法及电极制备
• 2.2.1 材料微观结构和形貌分析
• 2.2.2 电极制备
• 2.2.3 电化学性能测试方法
• 2掺杂MnO₂ 超级电容器电极材料制备与电化学性能研'>3 SnO₂掺杂MnO₂超级电容器电极材料制备与电化学性能研
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 氧化还原法制备纳米二氧化锰
• 3.2.2 溶胶-凝胶法制备二氧化锡
• 3.2.3 材料微观结构及形貌分析
• 3.2.4 工作电极制备
• 3.2.5 电化学性能测试
• 3.3 实验结果与讨论
• 2 和 SnO₂ 微观结构分'>3.3.1 MnO₂ 和 SnO₂微观结构分
• 2 和 SnO₂ 形貌分'>3.3.2 MnO₂ 和 SnO₂形貌分
• 3.3.3 复合电极循环伏安分析
• 3.3.4 复合电极充放电性能研究
• 3.3.5 复合电极电化学交流阻抗谱
• 3.3.6 复合电极循环寿命分析
• 3.4 本章小结
• 2SnO₄ 的合成及电化学性能研究'>4 Co₂SnO₄的合成及电化学性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 2SnO₄ 制备'>4.2.1 纳米 Co₂SnO₄制备
• 4.2.2 材料微观结构及形貌分析
• 4.2.3 工作电极制备
• 4.2.4 电化学性能测试
• 4.3 实验结果与讨论
• 2SnO₄ 电极材料微观结构'>4.3.1 Co₂SnO₄电极材料微观结构
• 2SnO₄ 电极材料形貌分析'>4.3.2 Co₂SnO₄电极材料形貌分析
• 2SnO₄/AC 复合电极循环伏安分析'>4.3.3 Co₂SnO₄/AC 复合电极循环伏安分析
• 2SnO₄/AC 复合电极充放电性能研究'>4.3.4 Co₂SnO₄/AC 复合电极充放电性能研究
• 2SnO₄/AC 复合电极电化学交流阻抗谱'>4.3.5 Co₂SnO₄/AC 复合电极电化学交流阻抗谱
• 2SnO₄/AC 复合电极循环可逆性分析'>4.3.6 Co₂SnO₄/AC 复合电极循环可逆性分析
• 4.4 本章小结
• 2O₃掺杂MnO₂ 复合材料制备及电化学性能研究'>5 Co₂O₃掺杂MnO₂复合材料制备及电化学性能研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 2O₃ 掺杂 MnO₂ 复合材料制备'>5.2.1 Co₂O₃ 掺杂 MnO₂复合材料制备
• 5.2.2 材料微观结构及形貌分析
• 5.2.3 工作电极制备
• 5.2.4 电化学性能测试
• 5.3 实验结果与讨论
• 2O₃ 掺杂 MnO₂ 复合材料微观结构'>5.3.1 Co₂O₃ 掺杂 MnO₂复合材料微观结构
• 2O₃ 掺杂 MnO₂ 复合材料形貌分析'>5.3.2 Co₂O₃ 掺杂 MnO₂复合材料形貌分析
• 2O₃ 掺杂 MnO₂ 复合电极循环伏安分析'>5.3.3 Co₂O₃ 掺杂 MnO₂复合电极循环伏安分析
• 2O₃ 掺杂 MnO₂ 复合电极充放电性能研究'>5.3.4 Co₂O₃ 掺杂 MnO₂复合电极充放电性能研究
• 2O₃ 掺杂 MnO₂ 复合电极电化学交流阻抗谱'>5.3.5 Co₂O₃ 掺杂 MnO₂复合电极电化学交流阻抗谱
• 2O₃ 掺杂 MnO₂ 复合电极循环可逆性分析'>5.3.6 Co₂O₃ 掺杂 MnO₂复合电极循环可逆性分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间论文发表情况