基于多氧化態(tài)金屬的氧化物的贗電容及其器件.pdf

1、能源無時無刻不在影響著人們的生活，而如何將由低品位能源轉化得到的高品位能源存儲下來并持續(xù)穩(wěn)定地輸出則成為了當前社會亟需解決的問題。在電化學能量存儲裝置中，電化學電容器不但具有穩(wěn)定的功率密度，而且具有令人滿意的能量密度。在電化學電容器中，電極材料對其性能起到了至關重要的作用。而在電極材料中，金屬化合物能夠提供比傳統(tǒng)碳基材料更高的能量密度，以及比導電聚合物更好的電化學穩(wěn)定性，因此更適合于商業(yè)化應用。
　　本文設計并制備了幾類錳系氧化物

2、及釩系氧化物，并分別組裝了對稱型、準對稱型及非對稱型電化學電容器，通過各種表征測試手段對材料的組成、形貌及微觀結構進行了分析，同時利用電化學測試系統(tǒng)對其電化學性能進行了全面的分析。主要內容如下：
　　1、以電極電位為理論依據(jù)，采用類似水熱法合成前驅體，經(jīng)過熱處理后得到了光滑大片狀β-Bi2O3電極材料。此外，還采用不同的前驅體制備了Bi2O3無定形納米顆粒與其進行對比。研究結果表明，β-Bi2O3電極材料在中性電解液中的電位窗口為

3、-1.5 V~+1.5 V，容量為871.2C g-1，當電流密度增大10倍至10 A g-1時的容量保持率為74.4%，并且經(jīng)過1000次循環(huán)之后仍能保持初始容量的78.9%，這為后續(xù)電極材料的設計提供了切實可行的指導方法。
　　2、采用水熱法及后續(xù)熱處理得到NiMoO4表面修飾的 MnO2納米片復合物電極材料。根據(jù)形態(tài)學特性可知，MnO2表面修飾了 NiMoO4之后不但避免了其在堿性電解液中的溶解，而且提高了容量。該電極的比容

4、量為2525 F g-1，當電流密度增加到8 A g-1時的倍率性能為75.9%，明顯高于純相MnO2電極（52.8%）和純相NiMoO4電極（61.5%）的倍率性能，而且經(jīng)過3000次循環(huán)后的容量保持率可達74.8%。這一優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性是由NiMoO4與MnO2之間的耦合效應以及可能的半導體表面復合效應所造成的。
　　3、采用水熱法制備所得Mn3(PO4)2超薄納米片電極材料，經(jīng)過電化學測試表征表明，該電極材料在不同

5、的電解液體系中均具有寬的電位窗口（中性：-0.9 V~+0.7 V，堿性：-0.5 V~+0.6 V）、令人滿意的比容量（中性：203 F g-1，堿性：194 F g-1）、優(yōu)異的倍率性能（中性：88%，堿性：85.1%）和良好的循環(huán)穩(wěn)定性（中性：10000次循環(huán)保持91.1%，堿性：10000次循環(huán)保持88.9%）。這是因為Mn3(PO4)2所具有的層狀的晶體結構能夠提供更多的納米通道并且改善了電解液離子的擴散，最終促進了電化學性能

6、的提升。
　　4、采用熱分解法制備不同種類的釩氧化物電極材料，并對這些材料的形態(tài)學與電化學性能進行了系統(tǒng)的研究。純相的V2O3、VO2和V6O13電極材料的形態(tài)演變、介孔變化、由氧空位機制造成的改善的電子導電性以及電化學測試表明，這三種材料都具有較高的比容量（V2O3：230 F g-1，VO2：487 F g-1，V6O13：195 F g-1）和倍率性能（V2O3：76.1%，VO2：60.5%，V6O13：51%），并且在N

7、a2SO4電解液中的電位窗口為-1 V~+1 V。
　　5、基于以上開發(fā)的錳、釩的氧化物，分別構筑了贗電容器件。AC//NiMoO4修飾MnO2非對稱型電化學電容器的比容量為135 F g-1，電壓范圍為0 V~1.6 V，展現(xiàn)出了較高的能量密度（48 Wh kg-1）與穩(wěn)定的功率特性（6400 W kg-1）；Mn3(PO4)2//Mn3(PO4)2對稱型電化學電容器與Mn3(PO4)2//AC非對稱型電化學電容器均展現(xiàn)了優(yōu)異的