過(guò)渡金屬氧化物(MnO2、MoO3)的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用.pdf

1、超級(jí)電容器是一種新型的儲(chǔ)能器件，其能量密度和功率密度性能介于電池與平板電容器之間。它功率密度高、充放電快速和循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)使其在很多領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用，比如電動(dòng)汽車(chē)、移動(dòng)端電子產(chǎn)品、儲(chǔ)存?zhèn)浞菹到y(tǒng)等等。如今大多數(shù)商用超級(jí)電容器的電極材料采用多孔碳，雖然擁有高功率密度，但是能量密度不夠高（與電池相比），這限制了它的應(yīng)用。未來(lái)對(duì)超級(jí)電容器的要求不僅要滿(mǎn)足高功率密度，而且還要提高能量密度。根據(jù)電容器能量密度公式：E=CV2/2，提高超級(jí)電容器

2、的能量密度可以從提高材料的比容量或者電容器的工作電壓兩方面來(lái)著手。因此，本論文的研究?jī)?nèi)容主要圍繞提高電極材料的比容量和器件的工作電壓窗口。
　　本論文通過(guò)高溫碳化有機(jī)金屬鹽得到多孔碳材料。有機(jī)金屬鹽在高溫下會(huì)分解成碳并且在碳中會(huì)殘留無(wú)法分解的金屬單質(zhì)或者金屬氧化物，經(jīng)過(guò)酸洗就會(huì)去除碳中的金屬雜質(zhì)，在碳中留下很多空隙，從而形成多孔碳材料。為了提高碳基超級(jí)電容器的比容量，我們?cè)谔嫉谋砻姘擦艘粚覯nO2，通過(guò)在水浴中，高錳酸鉀在碳表面

3、還原成MnO2，并且附著在碳表面，形成MnO2@碳的復(fù)合材料。為了進(jìn)一步提高電容器器件的工作電壓窗口，我們進(jìn)行了非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，MnO2和碳的復(fù)合材料為正極，碳材料為負(fù)極，1 M Na2SO4水溶液為電解液，玻璃纖維素膜為隔膜，組裝進(jìn)紐扣電池中。對(duì)組裝的非對(duì)稱(chēng)器件進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，工作電壓窗口為0-1.8 V，器件在功率密度為2.2 kW/kg時(shí)，能量密度為10.7 Wh/kg。
　　本論文采用水熱法合成了MoO3納米結(jié)構(gòu)材料，并且

4、研究了不同溶劑、不同酸濃度、不同表面活性劑、不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)合成的MoO3的微觀形貌的影響。并且選取了兩種具有代表性的形貌的材料，進(jìn)行了電化學(xué)性能測(cè)試，棒狀MoO3的倍率性能與比容量都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于帶狀MoO3的。在三電極測(cè)試中，帶狀MoO3在1 A/g，2 A/g，5 A/g，10 A/g的電流密度下的比容量分別為586.01 F/g，457.10 F/g，424.50 F/g，250.64 F/g，電解液為1 M H2SO4水溶液。為了進(jìn)