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电化学电容器用电极材料的制备及其性能研究

肖雄  
【摘要】:作为一种新型储能装置,电化学电容器具有能量密度高、功率密度高、使用寿命长等特点,因此它广泛应用于各种领域。电极材料是决定电化学电容器性能的核心因素之一。本论文以茄子和蘑菇为前驱物制备了活性炭材料、以碳纳米管为载体制备了MnOx/CNTs复合材料,并就所制备材料的电化学电容性能进行了研究。主要工作如下: (1)以KOH和ZnCl_2为活化剂,采用高温热解法,成功地以茄子为前驱物制备了活性炭,并将其作为电极材料应用于电化学电容器的研究。采用比表面分析、循环伏安法和恒流充放技术等就活性炭材料的比表面积、孔径分布和电化学性能等进行了表征。结果表明:该活性炭材料具有较好的电化学电容性能,在1.0M Na2SO4中性溶液中,0.01mA·cm~(-2)的放电电流密度下的比电容值为141.8F·g~(-1);在0.1mA·cm~(-2)充放电电流密度下,经过1000次充放电循环后,比电容值保持率为87%。 (2)以蘑菇为前驱物,以KOH和ZnCl_2为活化剂,采用高温热解法成功地制备了两种活性炭,采用循环伏安法、恒流充放技术和比表面分析等就活性炭材料的电化学性能和比表面积、孔径分布等进行了表征。结果表明:两种活性炭均表现出典型的双电层电容特性和良好的电容性能。以ZnCl_2为活化剂制备的活性炭(ACZn)的电容性能优于以KOH为活化剂制备的活性炭(ACK)。 (3)以多壁碳纳米管为载体,高锰酸钾为前驱物,在红外灯下利用高锰酸钾与碳纳米管间的锰-碳反应成功制备了锰氧化物/碳纳米管(MnOx/CNTs)复合材料,并采用循环伏安技术、恒流充放电技术对其电容性能进行了研究。结果表明,MnOx/CNTs电极具有良好的电化学电容性能。在0.01mA·cm~(-2)的充放电电流密度下,MnOx/CNTs复合材料(高锰酸钾与CNTs质量比为7:1)基于MnOx的比电容值为306.7F·g~(-1),经过连续1000次的充放电之后,比电容值的衰减仅为14.5%。


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