超級電容器納米電極材料研究.pdf

1、超級電容器是一種介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型高功率儲能器件。它比電池具有更大的功率密度，比傳統(tǒng)靜電電容器具有更高的能量密度，且同時具有瞬間釋放超大電流特性、充放電效率高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點。對超級電容器的研究，主要集中在電極材料方面。本文分別制備了過渡賤金屬氧化物/碳復(fù)合氣凝膠材料和納米晶過渡賤金屬氧化物材料，研究了材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能，以及影響電容性能的因素、贗電容形成機理。主要研究內(nèi)容與結(jié)果總結(jié)如下：(1)首次提出采用MnO2/碳

2、復(fù)合氣凝膠材料作為超級電容器電極材料。通過溶膠-凝膠法結(jié)合超臨界干燥工藝制備了納米MnO2/碳復(fù)合氣凝膠材料，研究了材料的制備條件及電極的測試條件對電極電化學性能的影響。結(jié)果表明：MnO2和碳比例為3/7時，1mol/LNa2SO4電解液中比容量最大，達182.64F/g，中頻區(qū)向高頻區(qū)轉(zhuǎn)變的“拐點”頻率為46.5Hz，歐姆阻抗為4.85Ω；(2)在上述制備工藝的基礎(chǔ)之上，首次成功制備了V2O5/碳復(fù)合氣凝膠材料，研究了電解液濃度、電極

3、循環(huán)次數(shù)對V2O5/碳復(fù)合氣凝膠電極電化學性能的影響。結(jié)果表明：V2O5/碳復(fù)合氣凝膠材料在1mol/LNa2SO4電解液中比容量達173.34F/g；其長時循環(huán)性能比較出色；中頻區(qū)向高頻區(qū)轉(zhuǎn)變的拐點頻率為25.7Hz，歐姆阻抗為0.45Ω。采用與MnO2/碳復(fù)合氣凝膠材料相同工藝制備了Co3O4/碳復(fù)合氣凝膠材料，測定其循環(huán)伏安曲線、充放電曲線和交流阻抗譜。(3)將溶膠-凝膠自蔓延燃燒法制備的納米晶過渡賤金屬氧化物材料(NiOx、Co

4、Ox、V2O5)作為超級電容器用電極材料，分別對這三種納米晶材料進行物性表征，測定電化學性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)NiOx晶粒的平均粒徑為30nm，在0～0.5V電位窗口下表現(xiàn)出明顯的贗電容效應(yīng)，并具有良好的可逆性。2mol/L的KOH電解液中測試其平均比容量為：78.7F/g；CoOx晶粒的平均粒徑為64.2nm，2mol/L的KOH電解液中測試，其平均比容量達167.5F/g；而V2O5晶粒的平均粒徑為65.4nm，在2mol/LLiCl電解液