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《大连理工大学》 2013年
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用于非对称超级电容器正极的锡掺杂二氧化锰的研究

田凤琴  
【摘要】:超级电容器(又名电化学电容器),介于传统电容器与充电电池两者之间,是种新型的能量储存装置。近些年来,MnO2作为电极材料倍受人们的关注,这不仅是因为其优良性能,而且是因为其资源丰富、价格低廉、环境的相容性好。在环境和资源问题日益突显的今天,对于MnO2进行开发研究是一种必然趋势。 本文采用常压回流液相共沉淀法制备了sn改性MnO2超级电容器正极材料。利用XRD、SEM和电化学方法对其进行物理表征和电化学性能研究。结果表明反应溶液pH值对MnO2的结构、形貌和电化学性能影响很大。反应溶液为酸性和碱性时分别得到γ-MnO2和8-MnO2。δ-MnO2的层状结构更有利于离子传递以及离子扩散,发生氧化还原反应的活性表面积更大,更有利于产生高比电容。通过电化学测试,得出在sn掺杂比例(Sn:Mn)为1:50、反应溶液的pH为9、回流时间为2h下制备的Sn改性Mn02具有最佳的电容性能:在0.3A/g电流密度下比容量达到178F/g,比未改性Mn02提高了68%,电流密度增大到2.0A/g时,容量依然保持在166F/g。在1.0A/g电流密度下进行连续充放电测试,1000次充放电循环后,比容量仍保持在165F/g,容量衰减小于6%,表现出良好的高倍率充放电性能和长期循环稳定性。Sn显著地提高了Mn02的电化学性能,其原因可以归结于Sn进入了Mn02的晶体结构,同时参与了氧化还原反应。Sn改性Mn02是一种理想的高倍率长寿命的超级电容器电极材料。 非对称型超级电容器,即为混合型超级电容器,它的一极是双电层电极,另一极为法拉第准电容电极。因为其充分利用了两种储存电容的机理,所以具有比较高的能量密度和功率密度,具有实际应用价值。本文使用Sn掺杂比例(Sn:Mn)为1:50、反应溶液的pH为9、回流时间为2h制备的Sn改性Mn02为非对称电化学超级电容器正极材料,以商品化活性炭(AC)为负极材料组装非对称超级电容器。循环伏安测试表明以0-1.8V作为非对称超级电容器的电压区间非常合适。恒电流充放电、交流阻抗测试以及寿命性能测试显示当m(Sn-MnO2):m(AC)=1.5:1时,非对称电容器具有最佳电化学性能:在1.OA/g的电流密度下比容量达52.1F/g,当电流密度增大到5.0A/g时,容量保持率在85%以上,在经历1000次循环后,容量保持率为93%,其比电容仅衰减7%;在功率密度为1800W/kg时,其能量密度为23.4Wh/kg,增大功率密度到9000W/kg时,其能量密度仍在20.0Wh/kg以上,其能量密度保持率为86%。该非对称超级电容器实现了在较高功率密度下达到较大的能量密度,因而有着客观的实际应用价值。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM53

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