水系二氧化錳超級電容器電解質性能研究.pdf

1、本文以二氧化錳為超級電容器電極材料，選取不同種類水系電解質溶液，研究水系電解質溶液中電解質鹽種類、濃度以及第二項添加離子對電極電化學性能的影響。通過液相法、水熱法以及電解沉積法制備不同類型二氧化錳材料，并采用X-射線衍射分析確定二氧化錳晶型，利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡對二氧化錳的微觀形貌進行表征。采用電導率測試儀測量電解質溶液的電導率，分析其對電流的傳輸能力。通過循環(huán)伏安、恒流充放電以及交流阻抗測試，分析二氧化錳電極在不同水系電解質溶液中

2、的電化學性能。
　　研究結果表明：制備的二氧化錳顆粒其尺寸能夠達到納米級別，但均存在不同程度的團聚現(xiàn)象。液相法制備的α-MnO2團聚顆粒呈“花粉”狀，內部結構由二氧化錳顆粒相互連接組成，顆粒之間存在大量孔隙。“花粉”狀團聚顆粒分布均勻，且顆粒之間存在相互交聯(lián)現(xiàn)象；而水熱法制備的β-MnO2，其團聚顆粒由短棒狀二氧化錳緊密貼合組成，短棒與短棒之間不存在孔隙；電解沉積制備的γ-MnO2具有相對良好的微觀形貌，短棒與短棒相互搭聯(lián)形成團聚

3、顆粒，團聚顆粒與團聚顆粒之間通過搭聯(lián)的短棒相互連接；無定型二氧化錳由液相氧化法制得，生成的二氧化錳顆粒團聚程度過高，導致其微觀形貌不統(tǒng)一，容易在制備電極過程中結塊。
　　硫酸鈉、硫酸鋰以及硫酸銨電解質溶液中，溶液電導率隨著濃度的增加而增大，對電流的傳輸能力增強，但未出現(xiàn)數(shù)量級上的差異。對比不同晶型二氧化錳電極在不同種類電解質溶液中比容量發(fā)現(xiàn)，采用硫酸鋰溶液電極電化學性能較好，其比容量相比于傳統(tǒng)硫酸鈉電解質提升10％~20%。硫酸鈉

4、電解質溶液中α-MnO2與β-MnO2電極比容量先隨著濃度增加而增大，當濃度達到0.7M時比容量增長速度減緩，而γ-MnO2和無定型二氧化錳電極比容量出現(xiàn)下降；硫酸銨溶液中，各個類型二氧化錳電極的比容量在0.7M處增速基本停止，即出現(xiàn)極大值；硫酸鋰電解質中各個電極的比容量在0.7M處均出現(xiàn)下降。綜合分析發(fā)現(xiàn)，在水系電解質溶液中溶液濃度采用0.7M為宜，此處電極比容量相比最小值提升30%左右。
　　硫酸鈉/硫酸銨和硫酸鈉/硫酸鋰混合

5、電解質溶液中，同濃度下的混合電解質溶液其電導率未出現(xiàn)明顯差距。添加硫酸鋰相比與硫酸銨能夠得到更大程度的性能提升。第二項添加陽離子能夠在一定程度上提升電容器的整體性能。但溶液中添加陽離子與基礎陽離子之間并未產生協(xié)同作用，電容器電化學性能的體現(xiàn)只是兩種電解質性能的機械疊加；而在硫酸鋰基混合電解質溶液中，不同價態(tài)第二項添加陽離子在濃度達到一定范圍后會對電容器性能產生影響。高價態(tài)的添加陽離子與基礎離子具有更強的相互作用力，在溶液中能夠相互影響彼