氧化钌/碳纳米管复合电极材料超电容性能研究

论文摘要

超级电容器是一种介于化学电源和传统电容器间的一种新型储能装置,正在受到人们越来越多的重视。我们研究了RuO2·xH2O和RuO2·xH2O/碳纳米管复合电极材料。以获得高比容量、高功率性能的RuO2基电极材料,并明晰活性材料制备工艺和电极压制与模拟电容器装配工艺对电极材料电化学性能的影响。首先,研究了RuO2·xH2O电极材料的制备工艺、电极压制与模拟电容器装配工艺。研究结果表明,滴碱速率和搅拌时间对材料的形貌影响很大,由于形貌的差异最终影响到材料的电化学性能。匀速滴碱和长时间搅拌能够制备出颗粒均匀、粒径较小、比表面积较大的RuO2·xH2O材料,从而使材料的比容量和功率性能都的到较好的提高。在模拟电容器的装配过程中Pt片比Ti片做集流体时电容器的内阻大比电容要低,因此在以后的试验中我们选用Ti片做集流体。为了提高氧化钌材料的利用率和功率性能,我们将氧化钌和碳纳米管进行复合,得到了氧化钌/碳纳米管复合材料,由于添加了碳纳米管提高了材料的导电性从而提高了材料的功率性能。在研究过程中发现碳管的预处理方式、超声时间（即分散性）、滴碱速率、陈化搅拌时间是包覆质量的主要影响因素,样品显微形貌的不同必然会造成电化学性能的不同,氧化钌在碳管表面包覆均匀的样品,电化学性能较好。研究发现在预处理方式中SLS处理,超声时间10+10 min,滴碱速率变速,搅拌15 h,pH值约为5.3、50℃的H2SO4溶液清洗制备的样品氧化钌在碳管表面形成良好包覆,比容量和功率性能最好。在模拟电容器的装配工艺中为了避免微短路的发生,在样品压制过程中添加了粘结剂,由于粘结剂中可能会有乙醇,乙醇是还原性物质,能够把高价态的钌还原成低价态,从而降低了材料的比电容和功率性能。为了避免添加粘结剂对材料电化学性能的影响,在模拟电容器的组装过程中采用9+10 h的热处理方式即制备的沉淀清洗干燥后先150℃热处理9 h添加粘结剂后再150℃热处理10 h。在热处理过程中乙醇分解或挥发后避免了对材料的还原作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 超级电容器概述
• 1.1.1 超级电容器简介
• 1.1.2 超级电容器的分类
• 1.1.3 超级电容器的储能原理
• 1.2 氧化钌/碳材料复合电极材料的研究进展
• 1.2.1 溅射法
• 1.2.2 电沉积法
• 1.2.3 溶胶凝胶法
• 1.3 本文的研究目的和研究内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验所用试剂及其材料
• 2.2 二氧化钌电极材料的制备
• 2.3 二氧化钌/碳管复合电极材料的制备
• 2.3.1 碳管的预处理
• 2.3.2 化学沉淀法制备
• 2.4 电极材料的表征方法
• 2.5 模拟电容器的组装方法
• 2.5.1 钛片的预处理
• 2.5.2 电极片的压制方法
• 2.5.3 模拟电容器的组装方法
• 2.6 电极材料的电化学性能测试方法
• 2.6.1 恒流充放电循环性能测试
• 2.6.2 循环伏安法
• 2·xH₂O 电极材料电化学性能的研究'>第3章 RuO₂·xH₂O 电极材料电化学性能的研究
• 2·xH₂O 电化学性能的影响'>3.1 材料制备工艺对RuO₂·xH₂O 电化学性能的影响
• 3.1.1 滴碱速率
• 3.1.2 搅拌时间的影响对形貌的影响
• 3.2 模拟电容器的装配工艺对材料的电化学性能的影响
• 3.2.1 粘结剂的添加对材料的电化学性能的影响
• 3.2.2 集流体的种类对材料的电化学性能的影响
• 3.3 本章小结
• 2/CNTs 复合电极材料电化学性能的研究'>第4章 RuO₂/CNTs 复合电极材料电化学性能的研究
• 4.1 氧化钌/原始碳管（T-CNTs）
• 4.2 氧化钌/经酸化处理的碳管（T-CNTs）
• 4.2.1 滴碱速率对形貌和电化学性能的影响
• 4.2.2 热处理条件对电容性能的影响
• 4.3 氧化钌/ SLS 处理的碳管（T-CNTs）
• 4.3.1 滴碱速率的影响
• 4.3.2 超声时间的影响
• 4.3.3 搅拌时间的影响
• 4.3.4 清洗条件对电化学性能的影响
• 4.4 氧化钌/碳管酸化后再经SLS 处理的T-CNTs
• 4.5 不同预处理方式的氧化钌/T-CNTs 的电化学性能比较
• 4.6 氧化钌/A-CNTs
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢